Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха в составе коллаборации нашли «белые пятна» в традиционных подходах к фотохимическим реакциям. Политехники провели комплексное исследование факторов, оказывающих влияние на результат генерации радикалов под действием света. Результаты показали, что при изменении мощности светодиодного источника меняется не только скорость реакции, но и ее направление. Это открытие может помочь в совершенствовании фотохимических превращений, а также в развитии кислородонезависимой фотодинамической терапии.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№24-73-10026). Результаты работы ученых опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics (Q2, IF: 2,9).

Алкилвердазилы – это химические вещества, обладающие способностью генерировать радикалы, то есть атомы или молекулы с неспаренными электронами. Их используют во множестве химических процессов, включая новое направление – кислородонезависимую фотодинамическую терапию (ФДТ). Для запуска реакции высвобождения радикалов из алкилвердазилов используют различные методы, в том числе энергию фотонов. Эти соединения представляют интерес для изучения особенностей фотохимических реакций, поскольку они сочетают в себе и хромофор – фрагмент молекулы, поглощающий свет, и слабую ковалентную связь, разрыв которой приводит к стабильному вердазильному радикалу. Последний выполняет роль легко отслеживаемого «маркера» протекания реакции, что дает возможность изучать скорости и направления превращений.

Ученые ТПУ совместно с коллегами провели комплексное исследование фотолиза алкилвердазилов – процесса разложения на радикалы под действием света. Для этого политехники использовали светодиодные источники света (LED), излучающие свет на разных длинах волн и с настраиваемой мощностью. Процесс высвобождения радикалов отслеживался с помощью метода электронного парамагнитного резонанса.

Результаты экспериментов показали, что протекание реакции продолжалось даже в случае, когда светодиод имел излучение, не совпадающее с поглощением вещества. Это ставит под сомнение универсальность общепринятого закона Гротгуса-Дрейпера для фотохимических реакций. Кроме того, ученые установили, что изменение интенсивности светового потока существенно влияет на направление реакции.

«Нам удалось зафиксировать, что при уменьшении мощности света падала и скорость целевой реакции, в то время как скорость побочной относительно целевой – возрастала. Это демонстрирует критическую важность учета всех факторов. К сожалению, в настоящий момент влияние мощности многими фото-химиками не исследуется и не принимается во внимание как один из ключевых параметров. Мы надеемся, что наша работа привлечет и других ученых к этой проблеме и улучшит методологию исследований в мире», — отмечает один из авторов исследования, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Петунин.

Результаты работы ученых могут лечь в основу создания эффективных фотосенсибилизаторов для лечения рака на основе алкилвердазилов.

«Знание о том, как протекает процесс фотолиза наших молекул и какие ключевые параметры влияют на него, дает нам шанс сделать новые агенты для ФДТ, пригодные к клинической практике», — отмечает один из авторов исследования, аспирант Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Екатерина Ковальская.

В исследовании приняли участие ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха и Томского госуниверситета.