Исследование супрамолекулярных комплексов с участием фотоактивных молекул и нитроксильных радикалов методами ЭПР спектроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.17, кандидат наук Крумкачева, Олеся Анатольевна

• Крумкачева, Олеся Анатольевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Крумкачева, Олеся Анатольевна

Оглавление

Оглавление

Список используемых обозначений

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Супрамолекулярные комплексы "гость-хозяин" с циклодекстринами

1.2 Фотохимические реакции в супрамолекулярных комплексах с циклодекстринами

1.3 Химическая поляризация электронов. Метод ЭПР с временным разрешением

1.4 Химическая поляризация ядер

1.5 ВР ЭПР спектры возбужденных триплетных состояний ароматических кетонов

1.6 Нитроксильные радикалы, ковалентно связанные с циклодекстрином. Метод модуляции электронного спинового эха (Е8ЕЕМ)

1.7 Метод Двойного Электрон-Электронного Резонанса. Спироциклогексан-замещенные нитроксильные радикалы

1.8 Постановка задачи

Глава 2. Изучение фотохимических реакций ароматических кетонов в комплексе с ЦД39

2.1 Введение

2.2 Экспериментальная часть

2.3 Исследование образования комплекса кетонов с ЦД методами ЯМР и УФ спектроскопии

2.4 ХПЯ ДОБ в гомогенном растворе

2.5 ХПЯ кетонов в водном растворе ЦД

2.6 ХПЭ ДОБ в гомогенном растворе

2.7 ХПЭ при фотолизе ДОБ в ЦД

2.8 ХПЭ в реакции фотолиза кетонов в присутствие нитроксильных радикалов

2.9 Заключение

Глава 3. Влияние циклодекстрина на электронное строение нижнего возбужденного триплетного состояния ароматических кетонов

3.1 Введение

3.2 Экспериментальная часть

3.3 Исследование спектров ЭПР триплетных молекул ДОБ и БФ методом ЭПР с временным разрешением

3.4 Исследование времен спиновой релаксации триплетных молекул ДОБ и БФ методом импульсного ЭПР

3.5 Заключение

Глава 4. Изучение структуры комплексов нитроксильных радикалов, ковалентно связанных с циклодекстринами

4.1 Ведение

4.2 Экспериментальная часть

4.3 Исследование комплексов методом ESEEM

4.4 Исследование комплексов методом стационарного ЭПР

4.5 Изучение свойств рН-чувствителыгого радикала, ковалентно связанного с ЦД

4.6 Обсуждение результатов

4.7 Заключение

Глава 5. 2,5-спироциклогексан-замещённые пирролиновые нитроксильные радикалы как спиновые метки для структурных исследований супрамолекулярных биополимеров методом импульсного ЭПР

5.1 Введение

5.2 Экспериментальная часть

5.3 Измерения спиновой релаксации спиновой метки MDSSL в модельных условиях

5.4 Исследования свойств спиновых меток в спин-меченном глутатионе

5.5 Измерение расстояний в модельном дуплексе РНК с использованием спин-меченного спироциклогексан-замещенного нитроксилыюго радикала

5.6 Заключение

Результаты и выводы

Благодарности

Список литературы

Список используемых обозначений

HP нитроксильный радикал

РП радикальная пара

ЦД циклодекстрин

TRIMEB трижды метилированный (3-ЦД

RP-ЦД метилированный случайным образом (3-циклодскстрин

NCD комплексы нитроксильных радикалов, ковалентно связанных с трижды метилированным P-CDs

ЭПР электронный парамагнитный резонанс

ЯМР ядерный магнитный резонанс

ХПЯ химическая поляризация ядер

ХПЭ химическая поляризация электронов

BP ЭПР ЭПР с временным разрешением

ESEEM electron Spin Echo Envelope Modulation, метод модуляции электронного спинового эха

ДЭЭР, pulsed electron double resonance, импульсный метод двойного

PELDOR, электрон-электронного резонанса, DEER

DEER

SDSL site-directed spin labeling, метод направленного введения спиновых меток

ДОБ деоксибензоин

ДБК дибензилкетон

БФ бензофенон

СТВ сверхтонкое взаимодействие

AM 1-адамантанметанол

АК аскорбиновая кислота

GSH глутатион

MDSSL (1-оксил-2,5-диспироциклогекси-3-метил)метилтиосульфонат

MTSSL (1-оксил-2,2,5,5-тетраметилпирролин-3-метил)метилтиосульфонат

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование супрамолекулярных комплексов с участием фотоактивных молекул и нитроксильных радикалов методами ЭПР спектроскопии»

Введение

Создание новых функциональных систем на базе супрамолекулярных комплексов является одной из перспективных задач в областях современной химии, биологии и нанотехнологий1"3. Именно к таким системам относятся комплексы цикл о декстрина (ЦД) с фотоактивными молекулами, предназначенные для проведения направленного синтеза и увеличения стабильности лекарств, и комплексы ЦД, ковалентно-связанные с нитроксильными радикалами (НР). В последних свойства ЦД образовывать комплексы с другими молекулами дополняются свойствами присоединённых радикалов, что в определенных случаях приводит к увеличению стабильности радикальных фрагментов. Детальное изучение этих систем необходимо для понимания и усовершенствования их функциональных свойств.

В ряде работ4"8 показано, что в некоторых случаях проведение фотолиза в ЦД приводит к значительному изменению состава продуктов реакций и может являться одним из способов проведения направленного синтеза. Необходимым условием развития данной области является детальное понимание механизмов влияния ЦЦ на процессы фотолиза. Ниже приведена общая схема фотолиза органических молекул (Диаграмма Яблонского).

Химическая ^ - ТЬёакция

У Интеркомбинационная конверсия

Химическая ** реакция

Ьц

|

Клеточные

продукты

Внеклеточные продукты

Диамагнитная молекула М

Радикальная пара (РП)

Диамагнитная молекула М после поглощения кванта света переходит в возбужденное синглетное состояние ]М*, из которого возможен переход в основное состояние с испусканием кванта света (люминисценция), либо безизлучательно и переход в возбужденное триплетное состояние 3М* в результате интеркомбинационной конверсии,

обусловленной спин-орбитальным взаимодействием. Формирование реакционно способного электронно-возбужденного состояния ('М* либо 3М*) относится к первичным фотохимическим процессам, для которых следующим этапом является химическая реакция этого состояния (диссоциация на два радикала, отрыв атома водорода, изомеризация и т.д).

В тех случаях, когда имеет место зависимость возбужденных состояний молекулы включения от полярности локального окружения, проведение фотолиза в ЦД может привести к изменению реакционного состояния и, как следствие, к изменению пути реакции. Влияние ЦД на синглетное и триплетное возбужденные состояния, детально исследовалось во многих работах методом время разрешенной люминесцентной

О 1 Ч

спектроскопии " . Было показано, что формирование комплекса с ЦД, как правило, приводит к изменению квантового выхода и спектра люминесценции, из-за изменения полярности окружения, ограничения подвижности молекул в полости ЦД и подавления механизмов тушения люминесценции. Одним из эффективных инструментов исследования электронной структуры триплетных состояний также является метод ЭПР с временным разрешением (ВР ЭПР). 14-16 Несмотря на то, что метод ВР ЭПР активно применяется для изучения триплетных состояний в замороженных гомогенных растворах, на данный момент исследование влияния ЦД на триплетное возбужденное состояние

1 7

методом ВР ЭПР проводилось лишь в одной работе .

Проведение фотолиза в ограниченном объеме полости ЦД приводит к изменению динамики интермедиатов, и, в результате, к изменению выхода и состава продуктов по сравнению с гомогенным раствором6. Например, влияние ЦД на механизм реакции диссоциации возбужденного состояния с образованием радикалов обусловлено тем, что в отличие от гомогенного раствора, где время жизни радикальных пар составляет доли наносекунд, в полости ЦД радикалы удерживаются значительное время - десятки и сотни наносекунд. В первую очередь, это приводит к существенному увеличению выхода клеточных продуктов. Учитывая так же, что расстояние между радикалами в РП в полости ЦД, как правило, сравнимо с размером радикалов, следует ожидать, что при проведении фотолиза в ЦД обменное взаимодействие в РП будет оказывать существенное влияние па магнитные и спиновые эффекты, такие так Химическая Поляризация Ядер (ХПЯ), Химическая Поляризация Электронов (ХПЭ). Изучению этого вопроса посвящена вторая глава диссертации, в которой представлены результаты исследования механизмов формирования спиновых эффектов в присутствии ЦД на примере фотолиза кетонов методами магнитного резонанса (ЯМР и ЭПР) и спиновой химии - ХПЯ и ХПЭ, которые

б

позволяют получить прямую информацию о реакциях, протекающих по радикальному механизму. Продолжением этой работы являются результаты, представленные в третьей главе диссертации, посвященной исследованию влияния ЦД на электронную структуру нижнего возбужденного триплетного состояния кетонов методами ВР и импульсного ЭПР.

Другим направлением развития супрамолекулярной химии с участием циклодекстринов является синтез ЦД, ковалентно-связанных с нитроксильными радикалами (ЫСОб)18"23. Такие системы являются перспективными реагентами для исследования супрамолекулярных комплексов ЦД с биомолекулами22 для использования в качестве новых поляризующих агентов с целью увеличения сигналов ЯМР протеинов24, а также в качестве эффективных и селективных тушителей флуоресценции25"26. В ряде работ показано, что комплексы ЦД со спиновыми ловушками могут быть использованы для увеличения времени жизни спиновых аддуктов, образующихся в результате реакции с

.-27-30 «20

такими короткоживущими радикалами как супероксидныи , тиильныи и др. Возможность применения нитроксильных радикалов, ковалентно связанных с ЦД, для решения различных задач в значительной степени зависит от структуры комплекса. Структура ЦД, длина и структура связывающего линкера определяют положение нитроксильного радикала относительно полости ЦД (НР находится внутри ЦД, снаружи полости ЦД, либо прикрывает полость ЦД). Было показано, что время жизни спиновых аддуктов, образующих комплекс, в котором радикал глубоко погружен в полость ЦД, значительно больше, чем время жизни свободного аддукта20'28'30. Отметим, однако, что системы с глубоко погруженным в полость ЦД нитроксильным радикалом неприменимы в случаях, когда требуется формирование комплекса ЦД с другой молекулой. Поэтому важной задачей является исследование равновесия в таких комплексах и определение параметров, которые в наибольшей степени оказывают влияние на это равновесие. Этому вопросу посвящена четвертая глава диссертации, в которой представлены результаты исследования влияния свойств радикального фрагмента и линкера на равновесие в новых комплексах нитроксильных радикалов, ковалентно связанных с ЦД. Для исследования комплексов НР с ЦД использовался стационарный и импульсный ЭПР в сочетании с методом ЯМР при добавлении гостевых молекул, которые являются основными методами исследования комплексов и позволяют получить информацию о динамике нитроксильного радикала и о его расположение относительно полости ЦД21'31"32.

Образование комплекса между нитроксильным радикалом и ЦД не всегда позволяет решить одну из основных проблем метода спиновых меток и зондов - быстрое

7

восстановление аскорбиновой кислотой, альбумином и другими ферментативными системами до диамагнитного состояния в живых организмах33. Для решения этой проблемы используются различные подходы: инкапсулирование радикалов в наноконтейперы (липосомы, циклодекстрины, кукурбитурилы, каликсарены и т.д.) либо синтез нитроксильных радикалов, в которых рядом с радикальным центром вводятся

л)

стерически-затрудненпые заместители . Недавно было показано, что замена метильных заместителей на спироциклические в пиперидиновых нитроксильных радикалах значительно улучшает их стабильность35, а также увеличивает время их электронной спиновой релаксации в диапазоне температур 4 90-130 К36'37. Известно, что для нитроксильных радикалов пирролинового и пирролидинового типа константа скорости восстановления биогенными восстановителями почти на порядок ниже чем для НР пиперидинового типа38. Поэтому очень перспективной задачей был бы синтез новых спирогексан-замещенных пирролиновых и пирролидиновых радикалов и исследование возможности их применения в качестве спиновых меток для изучения структуры и функций протеинов. Результаты, полученные в рамках работы по данному направлению представлены в пятой главе диссертации.

Целями диссертации являются исследование влияния Р-ЦД на механизмы формирования спиновых эффектов и механизмы фотолиза ароматических кетонов; изучение структуры супрамолекулярных комплексов ЦД со стабильными нитроксильными радикалами; исследование возможности применения новых спиновых меток на основе 2,5-спироциклогексан-замещенных нитроксильных радикалов пирролинового типа для структурных исследований биополимеров.

Таким образом, в настоящей работе были решены следующие задачи:

1. Экспериментальное исследование спиновых эффектов ХПЭ и ХПЯ в реакциях фотолиза трех различных кетонов: деоксибензоина (ДОБ), дибензилкетона (ДБК) и бензофенона (БФ) и определение роли ЦД в исследуемых фотохимических реакциях.

2. Исследование влияния Р-ЦД на структуру электронных уровней и релаксационные свойства нижних триплетных состояний ароматических кетонов (БФ, ДОБ) методами ВР ЭПР и импульсного ЭПР

3. Исследование типа структурного равновесия серии комплексов различных нитроксильных радикалов (в том числе рН чувствительного), ковалентно

связанных с ЦД, методами стационарного и импульсного ЭПР. Исследование влияния образования ковалентной связи с ТШМЕВ (трижды метилированный Р-ЦД) на функциональность и стабильность рН-чувствительного имидазолинового нитроксильного радикала.

4. Измерение скоростей электронной спиновой релаксации 2,5- спироциклогексан-замещенных нитроксильных радикалов в широком диапазоне температур методом импульсного ЭПР. Измерение расстояния в модельном РНК дуплексе с использованием 2,5-спироциклогексан-замещенной нитроксильной спиновой метки и сравнение полученных результатов со стандартной 2,2,5,5-тетраметил-замещенной нитроксильной меткой.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, в которых изложены полученные автором результаты, выводов, благодарностей и списка литературы.

В первой главе диссертации приводится краткий литературный обзор исследований супрамолекулярных комплексов ЦД и рассмотрены основные методы их исследования. Проведено обсуждение основных механизмов влияния ЦД на электронно-возбужденные состояния и фотохимические реакции, особое внимание уделено рассмотрению реакций протекающих по радикальному механизму, в том числе, обсуждению механизмов формирования эффектов ХПЭ и ХПЯ в гомогенных растворах и организованных средах. Описано применение метода ВР ЭПР для исследования триплетных состояний ароматических кегонов. Рассмотрены особенности комплексов НР, ковалентно связанных с ЦД, и перспективы их применения для увеличения стабильности НР, селективного тушения флуоресценции и т.д. Приведен обзор методик изучения равновесия в комплексах НР, ковалентно связанных с ЦД, с более подробным рассмотрением метода модуляции электронного спинового эха. Обсуждается применение метода двойного электрон-электронного резонанса для изучения структуры и функций биополимеров, и рассмотрены проблемы, возникающие при проведении исследований в "живых" системах и связанные с быстрым восстановлением НР. Обсуждаются возможные варианты решения данной проблемы, в том числе перспективность создания спиновых меток на основе спироциклогексан-замещенных нитроксильных радикалов. На основе анализа литературных данных сформулированы основные задачи для решения в рамках настоящей работы.

Вторая глава диссертации посвящена изучению влияния (З-ЦД на механизмы формирования спиновых эффектов методами ХПЭ и ХПЯ на примере фотолиза грех различных кетонов: деоксибензоина (ДОБ), дибензилкетона (ДБК) и бензофенона (БФ) и определение роли ЦД в исследуемых фотохимических реакциях. Исследования проводились с использованием методов ЯМР, ЭПР с временным разрешением (ВР ЭПР) и ХПЯ. Это позволило детально исследовать фотохимию кетонов ДОБ, ДБК и БФ в комплексе с ЦД, провести сравнение с фотохимическими реакциями этих кетонов в гомогенных растворах, а также изучить влияние ЦД на механизм формирования эффектов ХПЯ и ХПЭ. В результате было показано, что увеличение времени жизни РП в ЦД и обменное взаимодействие в РП являются основными факторами, влияющими на формирование спиновой поляризации.

Третья глава диссертации посвящена исследованию влияния (3-ЦД на свойства нижних триплетных состояний ароматических кетонов (БФ, ДОБ) методами ВР ЭПР и импульсного ЭПР. Благодаря высокой чувствительности параметров расщепления в нулевом магнитном поле для исследуемых кетонов к полярности локального окружения удалось определить локализацию карбонильной группы (в воде или внутри полости ЦД) и электронную структуру нижнего триплетного состояния кетонов в комплексе с ЦД.

Четвертая глава диссертаини посвящена исследованию комплексов нитроксильных радикалов пиперидинового (N001, N002), пирролинового (N004), пирролидинового (N003), и имидазолинового (N005) типа, ковалентно связанных с ТШМЕВ. Методом стационарного и импульсного ЭПР во всех комплексах был определен тип равновесия и проведена количественная оценка доступности радикала к молекулам растворителя в зависимости от свойств радикального фрагмента и линкера. Для рН-чувствительного имидазолинового радикала, ковалентно связанного с ТШМЕВ, измерена зависимость константы СТВ от рН раствора и исследована стабильность к восстановлению аскорбиновой кислотой.

Пятая глава диссертации посвящена исследованию нового типа 2,5-спироциклогексан-замещениых нитроксильных радикалов пирролинового типа, обладающих стабильностью по отношению к биогенным восстановителям. Исследована и проанализирована зависимость времен электронной релаксации (Ть Тш) от температуры этих радикалов. Показана применимость спиновых меток на основе 2,5-спироциклогексан-замещенного нитроксильного радикала для измерения расстояния в

модельном РНК дуплексе и проведено сравнение полученных результатов со стандартной 2,2,5,5-тетраметил-замещенной нитроксильной меткой.

Публикации по теме диссертации. Основные результаты работы изложены в четырех работах, опубликованных в рецензируемых научных журналах из списка ВАК.

1. Krumkacheva, О. A.; Fedin, М. V.; Polovyanenko, D. N.; Jicsinszky, L.; Marque, S. R. A.; Bagryanskaya, E. G. Structural Equilibrium in New Nitroxide-Capped Cyclodextrins: CW and Pulse EPR Study // J Phys Chem В 2013, 117 (27), 8223-8231.

2. A. Kirilyuk, Y. F. Polienko, O. A. Krumkacheva. R. K. Strizhakov, Y. V. Gatilov, I. A. Grigor'ev, E. G. Bagryanskaya Synthesis of 2,5-Bis(spirocyclohexane)-Substituted Nitroxides of Pyrroline and Pyrrolidine Series, Including Thiol-Specific Spin Label: An Analogue of MTSSL with Long Relaxation Time // J Org Chem 2012, 77 (18), 80168027

3. Krumkacheva, P.; Tanabe, M.; Yamauchi, S.; Fedin, M.; Marque, S. R. A.; Bagryanskaya, E., Time-Resolved and Pulse EPR Study of Triplet States of Alkylketones in beta-Cyclodextrin // Appl Magn Reson 2012, 42 (1), 29-40

4. Krumkacheva. O. A.: Gorelik, V. R.; Bagryanskaya, E. G.; Lebcdeva, N. V.; Forbes, M. D. E., Supramolecular Photochemistry in beta-Cyclodextrin Hosts: A TREPR, NMR, and CIDNP Investigation // Langmuir 2010, 26 (11), 8971-8980

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Супрамолекулярные комплексы "гость-хозяин" с циклодскстринами

Супрамолекулярная химия - одна из самых молодых и в то же время бурно развивающихся областей химии, включающая в себя широкий круг вопросов от биологической химии до наук о материалах39"10. Супрамолекулярная химия изучает структуры, в которых две или несколько молекул удерживаются друг рядом с другом за счет нековалентного межмолекулярного взаимодействия. Ключевой особенностью данной области является понятие самосборки, которое подразумевает спонтанное и не требующее контроля формирование организованной структуры из компонентов, смешанных в соответствующих пропорциях. На сегодняшний день известно множество молекул, на основе которых формируются супрамолекулярные комплексы, например, такие как мицеллы, везикулы, цеолиты, каликсарены, циклодекстрины (ЦД) и т.д. При образовании супрамолекулярных комплексов могут существенно измениться физические и химические параметры молекул включения, что позволяет улучшать их свойства. Так, например, можно увеличить растворимость в воде неполярных веществ41, уменьшить летучесть легко испаряющихся органических жидкостей42, увеличить стабильность ингредиентов к воздействию кислорода, света, температуры43"44.

Самым простым типом супрамолекулярной структуры является комплекс типа "гость-хозяин", образованный путем включения молекул, называемых гостями, в полости каркаса, состоящего из молекул другого сорта, называемых хозяевами. Характерным признаком таких комплексов является динамическое равновесие, включающее непрерывное образование и распад системы. В самом простом случае образуется комплекс в соотношении 1:1 (Хозяин:Гость), и равновесие описывается константой

комплексообразования (константа связывания) К-—[К°мпдскс\— Данная константа

[Гость] [Хозяин]

напрямую связана со стабильностью комплекса и выражается через изменение свободной энергии Гиббса AG=-RTln(K). Основными движущими силами образования супрамолекулярного комплекса являются Ван-дер-Ваальсово взаимодействие, электростатическое взаимодействие, водородные связи между молекулами гостя и хозяина, и гидрофобный эффект.

Схема 1.1 Химическая структура циклодекстринов.

Одними из наиболее широко используемых макроциклов в супрамолекулярной химии

являются молекулы ЦД 5_46. Это связано с тем, что ЦД хорошо образуют комплексы со

многими биологическими и химическими объектами47. ЦД является циклическим

олигомером глюкозы, получаемым из крахмала ферментативным путём. Молекулы ЦД

представляют полимергомологический ряд с общей формулой (СбНю05)п, а также его

производные (схема 1.1). Общее для них - наличие характерного циклодекстринового

макроцикла, структурной единицей которого является а - О- глюкоза. ЦД принято

классифицировать по количеству остатков глюкозы, входящих в состав молекулы. Для

обозначения ЦД используются буквы греческого алфавита в сторону увеличения длины

кольца: а, Р, у и т. д. В таблице 1.1 приведены параметры ЦД, которые в основном

используются для их характеризации. Форма молекул ЦД напоминает полый усеченный

конус. Все ОН - группы в ЦД находятся на внешней поверхности молекулы. Молекулы

ЦД хорошо растворимы в воде, в то время как внутренняя поверхность ЦД является менее

полярной по сравнению с водой. Благодаря этому в водный растворах формируются

комплексы включения типа "гость - хозяин" между ЦД и гидрофобными молекулами. Как

правило гидрофобный эффект является основной движущей силой к образованию

комплексов с ЦД. Согласно сегодняшним представлениям внутренняя полость Р-ЦД по

полярности схожа со спиртами: 1-изопропанол (б«20)48 и этанол (е«24)49"50. Необходимым

условием образования комплекса включения является соответствие размеров молекулы

гостя размерам полости ЦД. Если молекула гостя больше, то комплекс может

образовываться с частью молекулы. Как видно из приведённых данных (Табл. 1.1),

размеры полостей ЦД являются подходящими для большинства органических

13

заместителей. Для образования комплексов с небольшими органическими молекулами, таких как кетоны, наиболее часто используется Р-ЦД, структура которого показана на схеме 1.1.

Таблица 1.1 Основные характеристики ЦД

Циклодекстрин а Р У

Количество 6 7 8

остатков глюкозы

Молярный вес 972 1135 1297

Растворимость в воде, 14,5 1,85 23,2

г/100 мл при н. у.

01, нм 0,47 - 0,53 0,6 - 0,65 0,75-0,83

02, нм 1,46 ±0,04 1,54 ±0,04 1,75 ±,04

Ь, нм 0,79 ±0,01 0,79 ±0,01 0,79 ±0,01

Объем внутренней полости, нм 0,174 0,262 0,427

Сегодня широко используются химически модифицированные ЦД. В некоторых случаях это позволяет улучшить свойства комплексов за счет изменения размера полости, уменьшения полярности в полости и увеличения растворимости комплексов в воде. В некоторых случаях метилированный ЦД (в котором ОН группы замещены на СНз группы) используется для повышения растворимости комплексов в воде47' 51; такое изменение структуры ЦД иногда влияет на конформацию остатков глюкозы в макроцикле. Обычно глюкозные единицы в Р-ЦД находятся в 4С] конформации (схема 1.2), которая остается неизменной вне зависимости от того, какая молекула находится внутри полости.52 Однако это не всегда выполняется для трижды метилированного р-СОэ (ТШМЕВ): в этом случае макроцикл может находиться в "необычной" конформации из-за снятия ограничений, связанных с внутримолекулярными водородными связями. Например, для кристаллической структуры комплекса ТШМЕВ/т-йодофенол было показано, что один из остатков глюкозы в макроцикле ТШМЕВ находится в ^ конформации.54 Такие изменения конформации пиранозного кольца, вызванные образованием комплекса с молекулой включения, влияют на форму и размер полости ЦД.53"54

4С, °Б2

Схема 1.2 Возможные конформации остатка глюкозы в структуре ТШМЕВ.

Формирование комплекса с ЦД чаще всего исследуется методом 'Н ЯМР спектроскопии55. Образование комплекса и, как следствие, взаимодействие гостя с атомами водорода полости ЦД приводит к изменению химического сдвига атомов водорода гостя и ЦД. Так, например, при формировании комплекса с ароматической молекулой, наблюдается существенное изменение химических сдвигов в спектре ЯМР протонов Из и Н5, находящихся во внутренней полости ЦД в сравнении со спектром чистого ЦД. Данные о стехиометрии комплексов и константе комплексообразования можно получить путем проведения титрования и измерения зависимости изменения химического сдвига от концентрации гостя. Для изучения образования супрамолекулярных комплексов также применяются ультрафиолетовая и оптическая спектроскопия56'60, ЭПР спектроскопия61"65 и измерение флуоресценции57'66"67. Отметим, что все вышеперечисленные методы являются взаимодополняющими, и их комплексное применение позволяет получить наиболее полную информацию об исследуемых объектах.

Благодаря перечисленным особенностям сфера применения ЦД постоянно расширяется. ЦД является нетоксичным продуктом, что позволяет использовать его в пищевой и косметической промышленности для приготовления стабильных эмульсий, в медицине и ветеринарии для транспорта лекарств, в парфюмерии и косметологии, в сельском хозяйстве, биотехнологиях, в области химических технологий и в нефтедобыче46'51.

1.2 Фотохимические реакции в супрамолекулярных комплексах с циклодекстринами

Одним из основных направлений супрамолекулярной химии является использование свойств молекулярно-организованпых сред для направленного воздействия на химические реакции. В связи с этим изучение структуры, реакционной способности и мобильности

15

свободных радикалов, образующихся при проведении фотохимических реакций в

«68

молекулярно-организованных средах, является весьма актуальной задачей .

В тех случаях, когда имеет место зависимость реакционного состояния от полярности локального окружения, проведение фотолиза в ЦД может привести к изменению возбужденного реакционного состояния и, как следствие, к изменению пути реакции. Влияние ЦД на синглетное и триплетное возбужденные состояния, детально исследовались во многих работах методом время разрешенной люминесцентной спектроскопии9"13. Было показано, что формирование комплекса с ЦД, как правило, приводит к изменению квантового выхода и спектра люминесценции, из-за изменения полярности окружения, ограничения подвижности молекул в полости ЦД и подавления механизмов тушения люминесценции.

Проведение фотолиза в ограниченном объеме полости ЦД приводит к изменению динамики интермедиатов, и, в результате, к изменению выхода и состава продуктов по сравнению с гомогенным раствором6'69. В некоторых случаях удается зарегистрировать продукты70"71, которые не образуются при проведении реакции в гомогенных растворах.

71

Так, например, в работе показано, что при проведении фотолиза бензальдегида в циклодекстрине основным продуктом является 1,2-дифенилэтан-1,2-диол, в то время как

7")

при проведении той же самой реакции в бензоле, основной продукт - бензоин. В работе было установлено, что эффективность фотораспада метилового эфира М-ацил-антраниловой кислоты изменяется при проведении реакции в организованных средах, таких как Р-ЦД и мицеллы. Влияние ЦД на механизм реакции диссоциации возбужденного состояния с образованием радикалов обусловлено тем, что в отличие от гомогенного раствора, где время жизни радикальных пар составляет доли наносекунд, в полости ЦД радикалы удерживаются значительное время - десятки и сотни наносекунд, что приводит к существенному увеличению выхода клеточных продуктов.

Молекула ЦД может принимать участие в химических реакциях, выступая в качестве донора протонов. Например, в ряде работ73'75 методом ЭПР были зарегистрированы радикалы ЦД, образующиеся в результате переноса атома водорода с молекулы хозяина на молекулу включения.

Для исследования механизмов фотохимических реакций в ЦД чаще всего применяется метод лазерного импульсного фотолиза74 и анализ продуктов реакции6. Проведение анализа продуктов, к сожалению, не позволяет получать прямую информацию о механизме реакции. В то же время метод лазерного импульсного фотолиза - это прямой

16

метод исследования, который позволяет зарегистрировать образующиеся короткоживущие радикалы, а также получить информацию о кинетике гибели радикалов. Так, например,74 применение метода лазерного импульсного фотолиза при исследовании реакции фотолиза бензофенона в ЦД позволило зарегистрировать кетильный радикал, образующийся вследствие переноса атома водорода с молекулы ЦД на бензофенон.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Крумкачева, Олеся Анатольевна, 2013 год

Список литературы

1. Lehn, J. М. Perspectives in Supramolecular Chemistry - from Molecular Recognition Towards Molecular Information-Processing and Self-Organization. Angew Chem Int Edit 1990, 29 {11), 1304-1319.

2. Aida, Т.; Meijer, E. W.; Stupp, S. I. Functional Supramolecular Polymers. Science 2012, 335 (6070), 813-817.

3. Moulin, E.; Cormos, G.; Giuseppone, N. Dynamic combinatorial chemistry as a tool for the design of functional materials and devices. Chem Soc Rev 2012, 41 (3), 1031-1049.

4. Aradyellin, R.; Green, B. S. Photochemical Closing and Opening of the Guest-Binding Cavity of Cyclodextrins. Nature 1994, 371 (6495), 320-322.

5. Nowakowska, M.; Smoluch, M.; Sendor, D. The Effect of Cyclodextrins on the Photochemical Stability of 7-Amino-4-methylcoumarin in Aqueous Solution. J Incl Phenom Macro 2001,40 (3), 213-219.

6. Ramamurthy, V.; Eaton, D. F. Photochemistry and photophysics within cyclodextrin cavities. Accounts Chem Res 1988, 21 (8), 300-306.

7. Yang, C.; Inoue, Y. Chapter 11 - Supramolecular Photochirogenesis with Cyclodextrin. In Cyclodextrin Materials Photochemistry, Photophysics and Photobiology, Abderrazzak, D., Ed. Elsevier: Amsterdam, 2006; pp 241-265.

8. Monti, S.; Sortino, S. Photoprocesses of photosensitizing drugs within cyclodextrin cavities. Chem Soc Rev 2002, 31 (5), 287-300.

9. Wagner, B. D.; Fitzpatrick, S. J. A comparison of the host-guest inclusion complexes of 1,8-ANS and 2,6-ANS in parent and modified cyclodextrins. J Incl Phenom Macro 2000, 38 (14), 467-478.

10. Scypinski, S.; Drake, J. M. Photophysics of Coumarin Inclusion Complexes with Cyclodextrin - Evidence for Normal and Inverted Complex-Formation. J Phys Chem-Us 1985, £9(11), 2432-2435.

11. Dsouza, R. N.; Pischel, U.; Nau, W. M. Fluorescent Dyes and Their Supramolecular Host/Guest Complexes with Macrocycles in Aqueous Solution. Chem Rev 2011, 111 (12), 79417980.

12. Casal, H. L.; Nettoferreira, J. C.; Scaiano, J. C. Phosphorescence of Lyophilized Complexes between Cyclodextrins and Beta-Arylpropiophenones. J Inclusion Phenom 1985, 3 (4), 395-401.

13. Beeby, A.; Sodeau, J. R. Photochemistry in Cyclodextrins. JPhotoch Photobio A 1990, 53 (3), 335-342.

14. Tominaga, K.; Yamauchi, S.; Ilirota, N. Time-Resolved Electron-Paramagnetic Resonance Studies on the Lowest Excited Triplet-States of Aliphatic Carbonyl-Compounds. J Phys Chem-Us 1990, 94 (11), 4425-4431.

15. Fujisawa, J.; Ohba, Y.; Yamauchi, S. A time-resolved electron paramagnetic resonance study of excited triplet porphyrins in fluid solution. J Am Chem Soc 1997, 119 (37), 8736-8737.

16. Ikoma, Т.; Akiyama, K.; Tero-Kubota, S. Twist conformational effects on the excited triplet states of aromatic ketones studied by multifrequency TREPR and pulsed EPR spectroscopy. Mol Phys 1999, 96 (5), 813-820.

17. Murai, I I.; Ihaya, Y. J. Time-Resolved Esr Study of the Triplet-State of Xanthone and the Triplet-Triplet Energy-Transfer in Cyclodextrins. Chem Phys 1989, 135 (1), 131-137.

18. Bardelang, D.; Rockenbauer, A.; Jicsinszky, L., et al. Nitroxide Bound p-Cyclodextrin: Is There an Inclusion Complex? J. Org. Chem. 2006, 71 (20), 7657-7667.

19. Chechik, V.; Ionita, G. Bis spin-labelled cyclodextrins. New J Chem 2007, 31 (10), 17261729.

20. Polovyanenko, D. N.; Marque, S. R. A.; Lambert, S., et al. Electron Paramagnetic Resonance Spin Trapping of Glutathiyl Radicals by PBN in the Presence of Cyclodextrins and by PBN Attached to beta-Cyclodextrin. J Phys Chem B 2008,112 (41), 13157-13162.

21. Bagryanskaya, E. G.; Bardelang, D.; Chenesseau, S., et al. EPR, NMR, and Thermodynamic Evidences for Forced Nuclear Spin-Electron Spin Interactions in the Case of 1 -Phenyl-2-Methylpropyl-1,1 -Dimethyl-2-Nitroxide (TIPNO) Attached to Permethylated beta-Cyclodextrin. Appl Magn Reson 2009, 36 (2-4), 181-194.

22. Ionita, G.; Chechik, V. Spin-labelled cyclodextrins as hosts for large supramolecular assemblies. Org Biomol Chem 2005, 3 (17), 3096-3098.

23. Chechik, V.; Ionita, G. Supramolecular complexes of spin-labelled cyclodextrins. Org Biomol Chem 2006, 4 (18), 3505-3510.

24. Grucker, D.; Guiberteau, T.; Eclancher, B., et al. Dynamic Nuclear-Polarization with Nitroxides Dissolved in Biological-Fluids. J Magn Reson Ser B 1995,106 (2), 101-109.

25. Zhu, P. Z.; Clamme, J. P.; Deniz, A. A. Fluorescence quenching by TEMPO: A sub-30 angstrom single-molecule ruler. Biophys J 2005, 89 (5), L37-L39.

26. Zamojc, K.; Jacewicz, D.; Chmurzynski, L. Quenching of Fluorescence of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons by 4-OII-TEMPO. Anal Lett 2013, 46 (2), 349-355.

27. Bardelang, D.; Charles, L.; Finet, J. P., et al. alpha-phenyl-N-tert-butylnitrone-type derivatives bound to beta-cyclodextrins: Syntheses, therinokinetics of self-inclusion and application to superoxide spin-trapping. Chem-EurJ2007,13 (33), 9344-9354.

28. Karoui, H.; Tordo, P. ESR-spin trapping in the presence of cyclodextrins. Detection of PBN-superoxide spin adduct. Tetrahedron Lett 2004, 45 (5), 1043-1045.

29. Hardy, M.; Bardelang, D.; Karoui, II., et al. Improving the Trapping of Superoxide Radical with a beta-Cyclodextrin-5-Diethoxyphosphoryl-5-methyl-l-pyrroline-N-oxide (DEPMPO) Conjugate. Chem-EurJ 2009,15 (42), 11114-11118.

30. Karoui, H.; Rockenbauer, A.; Pietri, S., et al. Spin trapping of superoxide in the presence of beta-cyclodextrins. Chem Commun 2002, (24), 3030-3031.

31. Bardelang, D.; Rockenbauer, A.; Jicsinszky, L., et al. Nitroxide bound beta-cyclodextrin: Is there an inclusion complex? J Org Chem 2006, 71 (20), 7657-7667.

32. Ionita, G.; Florent, M.; Goldfarb, D., et al. Studying Supramolecular Assemblies by ESEEM Spectroscopy: Inclusion Complexes of Cyclodextrins. J Phys Chem B 2009, 113 (17), 5781-5787.

33. Kocerginskij, N. M.; Swartz, H. M. Nitroxide Spin Labels: Reactions in Biology and Chemistry. CRC PressINC: 1995.

34. Kirilyuk, I. A.; Bobko, A. A.; Grigorev, I. A., et al. Synthesis of the tetraethyl substituted pH-sensitive nitroxides of imidazole series with enhanced stability towards reduction. Org Biomol Chem 2004, 2 (7), 1025-1030.

35. Okazaki, S.; Mannan, M. A.; Sawai, K., et al. Enzymatic reduction-resistant nitroxyl spin probes with spirocyclohexyl rings. Free Radical Res 2007, 41 (10), 1069-1077.

36. Rajca, A.; Kathirvelu, V.; Roy, S. K., et al. A Spirocyclohexyl Nitroxide Amino Acid Spin Label for Pulsed EPR Spectroscopy Distance Measurements. Chem-Eur J 2010, 16 (19), 5778-5782.

37. Kathirvelu, V.; Smith, C.; Parks, C., et al. Relaxation rates for spirocyclohexyl nitroxyl radicals are suitable for interspin distance measurements at temperatures up to about 125 K. Chem Commun 2009, (4), 454-456.

38. Keana, J. F. W.; Pou, S.; Rosen, G. M. Nitroxides as Potential Contrast Enhancing Agents for Mri Application - Influence of Structure on the Rate of Reduction by Rat Hepatocytes, Whole Liver I-Iomogenate, Subcellular-Fractions, and Ascorbate. Magnet Reson Med 1987, 5 (6), 525-536.

39. Lehn, J.-M. Supramolecular Chemistry—Scope and Perspectives Molecules, Supermolecules, and Molecular Devices (Nobel Lecture). Angewandte Chemie International Edition in English 1988,27 (1), 89-112.

«Bf

40. Lehn, J.-M. From Molecular to Supramolecular Chemistry. In Supramol Chem, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2006; pp 1-9.

41. Uekama, K.; Otagiri, M.; Uemura, Y., et al. Improvement of Oral Bioavailability of Prednisolone by Beta-Cyclodextrin Complexation in Humans. J Pharmacobio-Dynam 1983, 6 (2), 124-127.

42. Andersen, F. M.; Bundgaard, I I. Inclusion Complexation of Metronidazole Benzoate with Beta-Cyclodextrin and Its Depression of Anhydrate Hydrate Transition in Aqueous Suspensions. Int J Pharm 1984, 19 {2), 189-197.

43. Uekama, K.; Oh, K.; Otagiri, M., et al. Improvement of Some Pharmaceutical Properties of Clofibrate by Cyclodextrin Complexation. Pharm Acta Helv 1983, 58 (12), 338-342.

44. Estes, K. S.; Brewster, M. E.; Webb, A. I., et al. A Nonsurfactant Formulation for Alfaxalone Based on an Amorphous Cyclodextrin - Activity Studies in Rats and Dogs. Int J Pharm 1990, 65 (1-2), 101-107.

45. Szejtli, J. Introduction and general overview of cyclodextrin chemistry. Chem Rev 1998, 98(5), 1743-1753.

46. Hedges, A. R. Industrial applications of cyclodextrins. Chem Rev 1998, 98 (5), 20352044.

47. Rekharsky, M. V.; Inoue, Y. Complexation thermodynamics of cyclodextrins. Chem Rev 1998, 98 (5), 1875-1917.

48. Ilamai, S. Association modes of a 1:1 inclusion compound of .beta.-cyclodextrin with 1-cyanonaphthalene in aqueous solutions: self-association, association with alcohols, and association with a 1:1 .beta.-cyclodextrin-anisole inclusion compound. The Journal of Physical Chemistry 1990, 94 (6), 2595-2600.

49. Cox, G. S.; Turro, N. J.; Yang, N. C. C., et al. Intramolecular exciplex emission from aqueous .beta.-cyclodextrin solutions. J Am Chem Soc 1984,106 (2), 422-424.

50. I-Ieredia, A.; Requena, G.; Sanchez, F. G. An approach for the estimation of the polarity of the [small beta]-cyclodextrin internal cavity. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications 1985, (24), 1814-1815.

51. Uekama, K.; Hirayama, F.; Irie, T. Cyclodextrin drug carrier systems. Chem Rev 1998, 98 (5), 2045-2076.

52. Saenger, W. R.; Jacob, J.; Gessler, K., et al. Structures of the common cyclodextrins and their larger analogues - Beyond the doughnut. Chem Rev 1998, 98 (5), 1787-1802.

53. Li, W. S.; Wang, S. C.; Hwang, T. S., et al. Substituent Effect on the Structural Behavior of Modified Cyclodextrin: A Molecular Dynamics Study on Methylated beta-CDs. J Phys Chem B 2012,116 (11), 3477-3489.

54. Ilarata, K.; Hirayama, F.; Arima, H., et al. Crystal structure of heptakis(2,3,6-tri-0-methyl)-[small beta]-cyclodextrin complexes with m-iodophenol and 4-biphenylacetic acid. Guest-induced conformational change of a pyranose ring. Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2 1992, 0 (7), 1159-1166.

55. Schneider, II. J.; Hacket, F.; Rudiger, V., et al. NMR studies of cyclodextrins and cyclodextrin complexes. Chem Rev 1998, 98 (5), 1755-1785.

56. Krois, D.; Brinker, U. IL Induced Circular Dichroism and UV-Vis Absorption Spectroscopy of Cyclodextrin Inclusion Complexes: Structural Elucidation of Supramolecular Azi-adamantane (Spiro[adamantane-2,3'-diazirine]). J Am Chem Soc 1998, 120 (45), 1162711632.

57. Balabai, N.; Linton, B.; Napper, A., et al. Orientational Dynamics of ß-Cyclodextrin Inclusion Complexes. The Journal of Physical Chemistry B 1998,102 (48), 9617-9624.

58. Liu, Y.; Chen, Y.; Li, et al. Bridged Bis(ß-cyclodextrin)s Possessing Coordinated Metal Center(s) and Their Inclusion Complexation Behavior with Model Substrates: Enhanced Molecular Binding Ability by Multiple Recognition. The Journal of Organic Chemistry 2001, 66 (25), 8518-8527.

w

59. Reddy, G. D.; Jayasree, В.; Ramamurthy, V. Modification of photochemical reactivity by cyclodextrin complexation: consequences of restricted rotation of Norrish type II 1,4 diradicals from aryl alkyl ketones. The Journal of Organic Chemistry 1987, 52 (14), 3107-3113.

60. Reddy, G. D.; Ramamurthy, V. Modification of photochemical reactivity by cyclodextrin complexation: alteration of photochemical behavior via restriction of translational and rotational motions. Alkyldeoxybenzoins. The Journal of Organic Chemistry 1987, 52 (25), 5521-5528.

61. Bardelang, D.; Rockenbauer, A.; Jicsinszky, L., et al. Nitroxide Bound P-Cyclodextrin: Is There an Inclusion Complex? The Journal of Organic Chemistry 2006, 71 (20), 7657-7667.

62. Eastman, M. P.; Freiha, В.; Hsu, С. C., et al. Complexation of nitroxide radicals by .gamma.-cyclodextrin. The Journal of Physical Chemistry 1988, 92 (6), 1682-1685.

63. Kotake, Y.; Janzen, E. G. Recognition ability of cyclodextrin for alkyl groups in nitroxides as studied by electron spin resonance. J Am Chem Soc 1989, 111 (14), 5138-5140.

64. Michon, J.; Rassat, A. Nitroxides. 73. Electron spin resonance study of chiral recognition by cyclodextrin. J Am Chem Soc 1979, 101 (4), 995-996.

65. Michon, J.; Rassat, A. Nitroxides. 87. ESR determination of the thermodynamic data for the association of two paramagnetic enantiomers with .beta.-cyclodextrin. J Am Chem Soc 1979, 101 (15), 4337-4339.

66. Liu, Y.; Chen, G.-S.; Chen, Y., et al. Molecular Binding Behavior of Pyridine-2,6-dicarboxamide-Bridged Bis(P-cyclodextrin) with Oligopeptides: Switchable Molecular Binding Mode. Bioconjugate Chem 2004,15 (2), 300-306.

67. Liu, Y.; You, C.-C.; Chen, Y., et al. Molecular Recognition Studies on Supramolecular Systems. 25. Inclusion Complexation by Organoselenium-Bridged Bis(p-cyclodextrin)s and Their Platinum(IV) Complexes. The Journal of Organic Chemistry 1999, 64 (21), 7781-7787.

68. Rebek, J. Molecular Behavior in Small Spaces. Accounts Chem Res 2009, 42 (10), 16601668.

69. Weiss, R. G.; Ramamurthy, V.; Hammond, G. S. Photochemistry in Organized and Confining Media - a Model. Accounts Chem Res 1993, 26 (10), 530-536.

70. Arumugam, S.; Kaanumalle, L. S.; Ramamurthy, V. A latent photoreaction enhanced upon cyclodextrin encapsulation: Photochemistry of alpha-alkyl dibenzyl ketones in water. J Photoch Photobio A 2007,185 (2-3), 364-370.

71. Rao, V. P.; Turro, N. J. Asymmetric Induction in Benzoin by Photolysis of Benzaldehyde Adsorbed in Cyclodextrin Cavities. Tetrahedron Lett 1989, 30 (35), 4641-4644.

72. Корниевская В. С., К. А. И. Вестник Я/У 2000, 2 (Серия Физика), 12-29.

73. Lehmann, М.; Bakker, М. G.; Purcell, D., et al. Radical Reactions in and with Cyclodextrin. Abstr Pap Am Chem S1994, 208, 53-Carb.

74. Monti, S.; Flamigni, L.; Martelli, A., et al. Photochemistry of Benzophenone-Cyclodextrin Inclusion Complexes. JPhys Chem-Us 1988, 92 (15), 4447-4451.

75. Takamori, D.; Aoki, Т.; Yashiro, H., et al. Time-resolved ESR study on the photochemistry of naphthoquinones included in cyclodextrins. J Phys Chem A 2001, 105 (25), 6001-6007.

76. Goez, M. Photo-CIDNP Spectroscopy. Annu Rep Nmr Spectro 2009, 66,11ЛА1.

77. Salikhov, К. M.; Molin, Y. N.; Sagdeev, R. Z., et al. Spin Polarization and Magnetic Effects in Radical Reactions. Elsevier: Amsterdam, 1984.

78. Салихов, К. M. 10 лекций по спиновой химии. Казань: УНИПРЕСС: 2000.

79. Berliner, L. J.; Bagranskaya, Е. G. Chemically induced electron and nuclear polarization. In Multifrequency Electron Paramagnetic Resonance: Theory and Applications, Misra, S. K., Ed. Wiley: 2011; pp 947-992.

80. ATKINS, P. W.; MCLAUCHLAN, K. A.; SIMPSON, A. F. High Resolution Transient ESR Spectra. Nature 1968, 219, 2.

81. McLauchlan, K. A. CHAPTER 10 - TIME-RESOLVED EPR. In Advanced EPR, Iloff, A. J., Ed. Elsevier: Amsterdam, 1989; pp 345-369.

82. I-Iirota, N.; Yamauchi, S. Short-lived excited triplet states studied by time-resolved EPR spectroscopy. JPhotoch Photobio C 2003, 4 (2), 109-124.

83. Clancy, C. M. R.; Forbes, M. D. E. Time-resolved electron paramagnetic resonance study of photoionization of tyrosine anion in aqueous solution. Photochem Photobiol 1999, 69 (1), 1621.

84. Adrian, F. J. Future-Prospects for Chemically-Induced Magnetic-Polarization in Free-Radical Reactions. Rev Chem Intermed 1986, 7 (2), 173-194.

85. Maeda, K.; Terazima, M.; Azumi, T., et al. Cidnp and Cidep Studies on Intramolecular Hydrogen Abstraction Reaction of Polymethylene-Linked Xanthone and Xanthene -Determination of the Exchange Integral of the Intermediate Biradicals. J Phys Chem-Us 1991, 95

(1), 197-204.

86. CIoss, G. L.; Forbes, M. D. E.; Piotrowiak, P. Spin and Reaction Dynamics in Flexible Polymethylene Biradicals as Studied by Epr, Nmr, and Optical Spectroscopy and Magnetic-Field Effects - Measurements and Mechanisms of Scalar Electron-Spin Spin Coupling. J Am Chem Soc 1992, 114(9), 3285-3294.

87. Salikhov, K. M. Comment on a shape of EPR spectra of spin-correlated radical pairs and separate radicals escaped geminate recombination. Appl Magn Reson 1997,13 (3-4), 415-437.

88. Shushin, A. I. Diffusion-Theory of Cidep Spectra of Spin Correlated Radical Pairs. Chem Phys Lett 1991, 177 (3), 338-344.

89. Tarasov, V. F.; Forbes, M. D. E. Time resolved electron spin resonance of spin correlated micelle confined radical pairs - Shape of the anti-phase structure. Spectrochim Acta A 2000, 56

(2), 245-263.

90. Tarasov, V. F.; White, R. C.; Forbes, M. D. E. Photo-oxidation of diglycine in confined media relaxation of longitudinal magnetization in spin correlated radical pairs. Spectrochim Acta A 2006, 63 (4), 776-783.

91. Tarasov, V. F.; Yashiro, H.; Maeda, K., et al. Spin-correlated radical pairs in micellar systems: Mechanism of CIDEP and the micelle size dependence. Chem Phys 1996, 212 (2-3), 353-361.

92. Gilbert, B. C.; King, D. M.; Thomas, C. B. Radical Reactions of Carbohydrates .2. An Electron-Spin Resonance Study of the Oxidation of D-Glucose and Related-Compounds with the Hydroxyl Radical. J Chem Soc PerkT2 1981, (8), 1186-1199.

93. Ward, II. R.; Lawler, R. G. Nuclear magnetic resonance emission and enhanced absorption in rapid organometallic reactions. J Am Chem Soc 1967, 89 (21), 5518-5519.

94. Bargon, J.; Fischer, H.; Johnson, U. Kernresonanz-Emissionslinien wahrend rascher Radikalreaktionen I. Aufnahmeverfahren und Beispiele. Z Naturforsch A 1967,22,1551-1555.

95. Closs, G. L.; Closs, L. E. Induced dynamic nuclear spin polarization in reactions of photochemically and thermally generated triplet diphenylmethylene. J Am Chem Soc 1969, 91 (16), 4549-4550.

96. Kaptein, R.; Oosterhoff, J. L. Chemically induced dynamic nuclear polarization II: (Relation with anomalous ESR spectra). Chem Phys Lett 1969, 4 (4), 195-197.

97. Shkrob, I. A.; Tarasov, V. F.; Bagryanskaya, E. G. Electron-Spin Exchange in Micellized Radical Pairs .1. C-13 Low Field Chemically-Induced Dynamic Nuclear-Polarization (Cidnp) and C-13 Radio-Frequency Stimulated Nuclear-Polarization (Snp). Chem Phys 1991, 153 (3), 427-441.

98. Popov, A. V.; Purtov, P. A. Calculations of chemically induced nuclear polarization in molecular systems occupying a limited volume. Chem Phys Rep+ 1997,16 (1), 27-43.

99. Tarasov, V. F.; Bagranskaya, E. G.; Shkrob, I. A., et al. Examination of the Exchange Interaction through Micellar Size .3. Stimulated Nuclear-Polarization and Time-Resolved Electron-Spin-Resonance Spectra from the Photolysis of Methyl Deoxybenzoin in Alkyl Sulfate Micelles of Different Sizes. J Am Chem Soc 1995, //7(1), 110-118.

100. Shushin, A. I.; Pedersen, J. B.; Lolle, L. I. Theory of Magnetic-Field Effects on Radical Pair Recombination in Micelles. Chem Phys 1994,188 (1), 1-17.

101. Schiiublin, S.; Hohener, A.; Ernst, R. R. Fourier spectroscopy of nonequilibrium states, application to CIDNP, overhauser experiments and relaxation time measurements. Journal of Magnetic Resonance (1969) 1974,13 (2), 196-216.

102. Morozova, O. B.; Kaptein, R.; Sagdeev, R. Z., et al. Reduction of Guanosyl Radicals in Reactions with Proteins Studied by TR-CIDNP. Appl Magn Reson 2013, 44 (1-2), 233-245.

103. Tsentalovich, Y. P.; Morozova, 0. B.; Yurkovskaya, A. V., et al. Time-resolved CIDNP and laser flash photolysis study of the photoreactions of N-acetyl histidine with 2,2 '-dipyridyl in aqueous solution. J Phys ChemA 2000,104 (30), 6912-6916.

104. Magin, I. M.; Polyakov, N. E.; Khramtsova, E. A., et al. Spin Chemistry Investigation of Peculiarities of Photoinduced Electron Transfer in Donor-Acceptor Linked System. Appl Magn Reson 2011, 41 (2-4), 205-220.

105. Petrova, S. S.; Kruppa, A. I.; Leshina, T. V. Time-resolved photo-CIDNP of dibenzyl ketone-beta-cyclodextrin inclusion complex. Chem Phys Lett 2004, 385 (1-2), 40-44.

106. Petrova, S. S.; Kruppa, A. I.; Leshina, T. V. Photochemical intracomplex reaction between beta-cyclodextrin and anthraquinone-2,6-disulfonic acid disodium salt in water solution. Chem Phys Lett 2005, 407 (4-6), 260-265.

107. Hirota, N.; Baba, M.; Hirata, Y„ et al. ODMR and EPR studies of the triplet states of aliphatic and aromatic carbonyls. The Journal of Physical Chemistry 1979, 83 (26), 3350-3354.

108. Lipson, M.; Mcgarry, P. F.; Koptyug, I. V., et al. Electron-Spin-Resonance of the Lowest Excited Triplet-States of Alpha-Oxo[l.N]Paracyclophanes [Cyclophanobenzophenones] - Effect of Molecular-Geometry on the Electronic Character of the Triplet-State. J Phys Chem-Us 1994, 98 (31), 7504-7512.

109. Murai, IT.; Imamura, T.; Obi, K. Time-Resolved Electron-Spin-Resonance Detection of Benzophenone N-Pi-Star Triplet-State in Glassy Matrices at 77-K. Chem Phys Lett 1982, 87 (3), 295-298.

110. Sharnoff, M. ESR of the Triplet State of Benzophenone. J Chem Phys 1969, 51 (1), 451452.

111. Hayashi, H.; Nagakura, S. Semi-empirical calculations of the zero-field-splitting parameters of the lowest triplet states of aromatic ketones. Mol Phys 1972, 24 (4), 801-807.

112. Mcgarry, P. F.; Doubleday, C. E.; Wu, C. H., et al. Uv-Vis Absorption Studies of Singlet to Triplet Intersystem Crossing Rates of Aromatic Ketones - Effects of Molecular-Geometry. J Photoch Photobio A 1994, 77(2-3), 109-117.

113. Turro, N. J.; Gould, I. R.; Liu, J., et al. Investigations of the Influence of Molecular-Geometry on the Spectroscopic and Photochemical Properties of Alpha-Oxo[l.N]Paracyclophanes (Cyclophanobenzophenones). J Am Chem Soc 1989, 111 (16), 63786383.

114. Turro, N. J. Modern Molecular Photochemistry. University Science Books: 1991.

115. Nguyen, T. D.; Liu, Y.; Saha, S., et al. Design and optimization of molecular nanovalves based on redox-switchable bistable rotaxanes. J Am Chem Soc 2007, 129 (3), 626-634.

116. de Silva, A. P.; Gunaratne, TI. Q. N.; Gunnlaugsson, T., et al. Signaling recognition events with fluorescent sensors and switches. Chem Rev 1997, 97 (5), 1515-1566.

117. Engeldinger, E.; Armspach, D.; Matt, D. Capped cyclodextrins. Chem Rev 2003, 103 (11), 4147-4173.

118. Bohm, I.; Kreth, S. K.; Ritter, II., et al. Switchable Supramolecular Crosslinking of Cyclodextrin-Modified ITyperbranched Polyethylenimine via Anthraquinone Dyes. Macromol Chem Physic 2012, 213 (2), 243-248.

119. Ilarada, A. Supramolecular polymers based on cyclodextrins. J Polym Sci Pol Chem 2006, 44 (17), 5113-5119.

120. Aguilera-Sigalat, J.; Casas-Solvas, J. M.; Morant-Minana, M. C., et al. Quantum dot/cyclodextrin supramolecular systems based on efficient molecular recognition and their use for sensing. Chem Commun 2012, 48 (20), 2573-2575.

121. I-Ian, Y. В.; Liu, Y. P.; Rockcnbauer, A., et al. Lipophilic beta-Cyclodextrin Cyclic-Nitrone Conjugate: Synthesis and Spin Trapping Studies. J Org Chem 2009, 74 (15), 5369-5380.

122. Han, Y. В.; Tuccio, В.; Lauriceila, R., et al. Improved spin trapping properties by beta-cyclodextrin-cyclic nitrone conjugate. J Org Chem 2008, 73 (18), 7108-7117.

123. Ionita, G.; Chechik, V. Mobility of spin probes in viscous cyclodextrin solutions. Phys Chem Chem Phys 2010,12 (26), 6956-6960.

124. Ionita, G.; Meitzer, V.; Pincu, E., et al. Inclusion complexes of cyclodextrins with biradicals linked by a polyether chain - an EPR study. Org Biomol Chem 2007, J (12), 19101914.

125. Rowan, L. G.; Hahn, E. L.; Mims, W. B. Electron-Spin-Echo Envelope Modulation. Physical Review 1965,137 (1A), A61-A71.

126. Салихов, К. M.; Семенов, А. Г.; Цветков, 10. Д., et al. Электронное спиновое эхо а его применение. Наука, Сибирское отд-ние: 1976.

127. Schweiger, A.; Jeschke, G. Principles of Pulse Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. Oxford University Press: 2001; p 572 pp.

128. Erilov, D. A.; Bartucci, R.; Guzzi, R., et al. Water concentration profiles in membranes measured by ESEEM of spin-labeled lipids. J Phys Chem В 2005,109 (24), 12003-12013.

129. Milov, A. D.; Samoilova, R. I.; Shubin, A. A., et al. ESEEM Measurements of Local Water Concentration in D(2)0-Containing Spin-Labeled Systems. Appl Magn Reson 2008, 35 (1), 73-94.

130. Дзюба, С. А. Метод Спиновых Меток И Зондов С Использованием Импульсной Эпр-Спектроскопии. Успехи Химии 2007, 76, 752-767.

131. Milov, A. D.; Maryasov, A. G.; Tsvetkov, Y. D. Pulsed electron double resonance (PELDOR) and its applications in free-radicals research. Appl Magn Reson 1998, 15 (1), 107143.

132. Milov, A. D.; Samoilova, M. I.; Tsvetkov, Y. D., et al. Supramolecular structure of self-assembling alamethicin analog studied by ESR and PELDOR. Chem Biodivers 2007, 4 (6), 1275-1298.

133. Tsvetkov, Y. D.; Milov, A. D. Pulsed ESR double resonance (PELDOR) spectroscopy: Application to spin-labeled peptides. Epr in the 21st Century: Basics and Applications to Material, Life and Earth Sciences 2002, 647-658.

134. Shushakov, O. A.; Dzyuba, S. A.; Tsvetkov, Y. D. Determining methyl-group internal-rotation barriers for nitroxyl-radical paramagnetic-moiety screening by electron spin echo. J Struct Chem+ 1989, 30 (4), 593-598.

135. Igarashi, R.; Sakai, Т.; Ilara, II., et al. Distance Determination in Proteins inside Xenopus laevis Oocytes by Double Electron-Electron Resonance Experiments. JAm Chem Soc 2010,132 (24), 8228-+.

136. Krstic, I.; Hansel, R.; Romainczyk, O., et al. Long-Range Distance Measurements on Nucleic Acids in Cells by Pulsed EPR Spectroscopy. Angew Chem Int Edit 2011, 50 (22), 50705074.

137. Krumkacheva. O. A.: Gorelik. V. R.: Bagrvanskaya, E. G.. et al. Supramolecular Photochemistry in beta-Cyclodextrin Hosts: A TREPR. NMR, and CIDNP Investigation. Lammuir 2010, 26 П П. 8971-8980.

138. Fouassier, J.-P.; Merlin, A. Photochemical a-cleavage and hydrogen abstraction in deoxybenzoin: a laser spectroscopy investigation. Canadian Journal of Chemistry 1979, 57 (21), 2812-2817.

139. Kraeutler, В.; Turro, N. J. Photolysis of Dibenzyl Ketone in Micellar Solution -Correlation of Isotopic Enrichment Factors with Photochemical Efficiency Parameters. Chem Phys Lett 1980, 70 (2), 266-269.

140. Paul, H.; Fischer, II. Elektronenspinresonanz freier Radikale bei photochemischen Reaktionen von Ketonen in Lösung, lieh Chim Acta 1973, 56 (5), 1575-1594.

141. Arbour, C.; Atkinson, G. II. Picosecond Photodissociation of Dibenzyl Ketone. Chem Phys Lett 1989, 159 (5-6), 520-525.

142. Turro, N. J.; Paczkowski, M. A.; Zimmt, M. B., et al. The observation of cidep from the photodecomposition of dibenzyl ketone in micellar solution. Chem Phys Lett 1985, 114 (5-6), 561-565.

143. Makarov, T. N.; Bagryanskaya, E. G.; Paul, II. Electron spin relaxation by spin-rotation interaction in benzoyl and other acyl type radicals. Appl Magn Reson 2004, 26 (1-2), 197-211.

144. Krumkacheva. P.; Tanabe. M.: Yamauchi. S.. et al. Time-Resolved and Pulse EPR Study of Triplet States of Alkylketones in beta-Cyclodextrin. Appl Magn Reson 2012, 42 (1), 29-40.

145. Yamauchi, S. Recent Developments in Studies of Electronic Excited States by Means of Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. B Chem SocJpn 2004, 77 (7), 1255-1268.

146. Yamauchi, S.; Pratt, D. W. Optical properties of 3(n7t*) benzophenones in 4, 4'-dibromodiphenylether host crystals. Mol Phys 1979, 37 (2), 541-569.

147. Cheng, T. II.; ITirota, N. PMDR studies of the magnetic and dynamic properties of the lowest excited triplet states of aromatic carbonyl molecules : acetophenone, benzaldehyde and their derivatives. Mol Phys 1974, 27 (2), 281-307.

148. Lamola, A. A. Lowest pi, pi [sup *] Triplet State of Acetophenone. The Journal of Chemical Physics 1967, 47 (11), 4810-4816.

149. Blank, A.; Levanon, H. Triplet line shape simulation in continuous wave electron paramagnetic resonance experiments. Concept Magn Reson A 2005, 25A (1), 18-39.

150. Dzuba, S. A.; Uvarov, M. N.; Kulik, L. V., et al. Anisotropic pseudorotation of the photoexcited triplet state of fullerene C-60 in molecular glasses studied by pulse EPR. J Phys Chem A 2008,112 (12), 2519-2525.

151. Kay, C. W. M.; Elger, G.; Mobius, K. The photoexcited triplet state of free-base porphycene: a time-resolved EPR and electron spin echo investigation. Phys Chem Chem Phys 1999,1 (17), 3999-4002.

152. Steren, C. A.; Vanwilligen, IT.; Dinse, K. P. Spin Dynamics of C-60 Triplets. J Phys Chem-Us 1994, 98 (31), 7464-7469.

153. Ghosh, S.; Petrin, M.; Maki, A. Spin-Lattice Relaxation in the Triplet-State of the Buried Tryptophan Residue of Ribonuclease-Tl. Biophys J1986, 49 (3), 753-760.

154. Krumkacheva. O. A.; Fedin. M. V.; Polovyanenko. D. N.. et al. Structural Equilibrium in New Nitroxide-Capped Cvclodextrins: CW and Pulse EPR Study. The Journal of Physical Chemistry B 2013. 117 (27). 8223-8231.

155. Wenz, G. Influence of intramolecular hydrogen bonds on the binding potential of methylated P-cyclodextrin derivatives. Beilstein Journal of Organic Chemistry 2012, 8, 18901895.

156. Kirilyuk, I. A.; Shevelev, T. G.; Morozov, D. A., et al. Grignard reagent addition to 5-alkylamino-4IT-imidazole 3-oxides: Synthesis of new pH-sensitive spin probes. Synthesis-Stuttgart 2№?>, (6), 871-878.

157. Stoll, S.; Schweiger, A. Easyspin: Simulating CW ESR spectra. Bio Magn Re 2007, 27, 299-321.

158. Stoll, S.; Schweiger, A. EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR. J Magn Reson 2006, 178 (1), 42-55.

159. Akdogan, Y.; ITeller, J.; Zimmermann, IT., et al. The solvation of nitroxide radicals in ionic liquids studied by high-field EPR spectroscopy. Phys Chem Chem Phys 2010, 12 (28), 7874-7882.

160. Bagryanskaya, E. G.; Polovyanenko, D. N.; Fedin, M. V., et al. Multifrequency EPR study of the mobility of nitroxides in solid-state calixarene nanocapsules. Phys Chem Chem Phys 2009,77(31), 6700-6707.

161. Dzikovski, B.; Tipikin, D.; Livshits, V., et al. Multifrequency ESR study of spin-labeled molecules in inclusion compounds with cyclodextrins. Phys Chem Chem Phys 2009, 11 (31), 6676-6688.

162. Chvenius, R.; Engstrom, M.; Lindgren, M., et al. Influence of solvent polarity and hydrogen bonding on the EPR parameters of a nitroxide spin label studied by 9-GITz and 95GHz EPR spectroscopy and DFT calculations. J Phys Chem A 2001, 105 (49), 10967-10977.

163. Bobko, A. A.; Kirilyuk, I. A.; Gritsan, N. P., et al. EPR and Quantum Chemical Studies of the pl-I-sensitive Imidazoline and Imidazolidine Nitroxides with Bulky Substituents. Appl Magn Reson 2010, 39 (4), 437-451.

164. Khramtsov, V. V. Biological imaging and spectroscopy of pIT. Ciur Org Chem 2005, 9 (9), 909-923.

165. Henderson, L. J. Concerning the Relationship between the Strength of Acids and their Capacity to Preserve Neutrality. Am. J. Physiol. 1908, 21, 173-9.

166. Martinie, J.; Miclion, J.; Rassat, A. Nitroxides. LXX. Electron spin resonance study of cyclodextrin inclusion compounds. J. Am. Chem. Soc. 1975, 97 (7), 1818-23.

167. Ionita, G.; Caragheorgheopol, A.; Caldararu, H., et al. Inclusion complexes of cyclodextrins with nitroxide-based spin probes in aqueous solutions. Org Biomol Chem 2009, 7 (3), 598-602.

168. Franchi, P.; Lucarini, M.; Pedulli, G. F. Use of nitroxide radicals to investigate supramolecular entities. Curr Org Chem 2004, 8 (18), 1831-1849.

169. Lucarini, M.; Luppi, B.; Pedulli, G. F., et al. Dynamic aspects of cyclodextrin host -Guest inclusion as studied by an EPR spin-probe technique. Chem-Eur J1999, 5 (7), 2048-2054.

170. Fujita, K.; Chen, W. IT.; Yuan, D. Q., et al. Molecular modeling of saccharides, part 20 -Guest-induced conformational change in a flexible host: mono-altro-beta-cyclodextrin. Tetrahedron-Asymmelr 1999, 10(9), 1689-1696.

171. Fujita, K.; Fukudome, M.; Yuan, D. Q. Flexible cyclooligosaccharides: Guest-binding and regio-selective modification. J Incl Phenom Macro 2002, 44 (1-4), 323-328.

172. Marx, L.; Chiarelli, R.; Guiberteau, T., et al. A comparative study of the reduction by ascorbate of l,l,3,3-tetraethylisoindolin-2-yloxyl and of l,l,3,3-tetramethylisoindolin-2-yloxyl. J Chem Soc Perk T1 2000, (8), 1181-1182.

173. Kirilyuk, I. A.: Polienko, Y. F.: Krumkacheva. O. A., et al. Synthesis of 2.5-Bis(spirocyclohexane)-Substituted Nitroxides of Pyrroline and Pyrrolidine Series. Including Thiol-Specific Spin Label: An Analogue of MTSSL with Long Relaxation Time. J Org Chem 2012. 77H8). 8016-8027.

174. Pannier, M.; Veit, S.; Godt, A., et al. Dead-time free measurement of dipole-dipole interactions between electron spins. J Magn Reson 2000,142 (2), 331-340.

175. Jeschke, G.; Chechik, V.; Ionita, P., et al. DeerAnalysis2006 - a comprehensive software package for analyzing pulsed ELDOR data. Appl Magn Reson 2006, 30 (3-4), 473-498.

176. Milov, A. D.; Salikhov, K. M.; Tsvetkov, Y. D. Sov. Phys. Solid Stale 1973,15, 802.

177. Romanelli, M.; Kevan, L. Evaluation and interpretation of electron spin-echo decay .1. Rigid samples. Concept Magnetic Res 1997, 9 (6), 403-430.

178. Romanelli, M.; Kevan, L. Evaluation and interpretation of electron spin echo decay .2. Molecular motions. Concept Magnetic Res 1998, 10 (I), 1-18.

179. Zhou, Y.; Bowler, B. E.; Eaton, G. R., et al. Electron spin lattice relaxation rates for S=l/2 molecular species in glassy matrices or magnetically dilute solids at temperatures between 10 and 300 K. J Magn Reson 1999,139 (1), 165-174.

180. Sato, IT.; Kathirvelu, V.; Fielding, A., et al. Impact of molecular size on electron spin relaxation rates of nitroxyl radicals in glassy solvents between 100 and 300K. Mol Phys 2007, 105 (15-16), 2137-2151.

181. Macke, T. J.; Case, D. A. Modeling unusual nucleic acid structures. Molecular Modeling of Nucleic Acids 1998, 682, 379-393.

182. Jeschke, G.; Polyhach, Y. Distance measurements on spin-labelled biomacromolecules by pulsed electron paramagnetic resonance. Phys Chem Chem Phys 2007, 9(16), 1895-1910.