Лаборатория полисераазотистых гетероциклов (№ 31)

Заведующий: д.х.н. Ракитин Олег Алексеевич

ORCID: 0000-0001-6609-4087 Researcher ID: D-7530-2014 h-index = 25

E-mail:

Тел.: 8 (499) 135-53-27

Основные направления исследований

Синтез и химические свойства новых полисера- и сераазотистых гетероциклических соединений;
Cоздание на основе халькогеназотистых гетероциклов компонентов органических полупроводников, нелинейных оптических материалов, жидкокристаллических веществ, органических проводников и магнитных материалов;
Разработка методов получения производных гетероциклов, содержащих несколько атомов серы;
Создание на основе сера-азотных гетероциклических тиазильных радикалов и анион-радикалов и их селенистых аналогов новых магнитных, магнитно-бистабильных, электропроводящих и сверхпроводящих функциональных материалов;

Лучшие результаты

✓ Новые подходы к полисераазотсодержащим гетероциклам

Открыты новые подходы к синтезу полисераазотсодержащих гетероциклов, содержащих несколько атомов серы и атом азота на основе реакции комплексов монохлорида серы и азотсодержащих оснований. Получен ряд новых гетероциклических систем, в том числе 1,2- и 1,4-тиазины, тиофены, моноциклические и конденсированные 1,2-дитиолы и 1,2,3-дитиазолы, 1,2,3,4,5-пентатиепины, 1,2,3,4,5,6,7-гептатиоканы и др. Синтезированные нами полисерасодержащие гетероциклические соединения (1,2-дитиолы, 1,2,3,4,5-пентатиепины и 1,2,3-дитиазолы) показывают высокую противораковую, противомикробную и противогрибковую виды активности.

Синтезированные 1,2,3,4,5-пентатиепины были изучены в качестве катодного материала для аккумуляторных батарей; конденсированные 1,4-дитиины предложены в качестве компонентов многоцелевого назначения для фоторецепторов.

✓ Органический светоизлучающий диод со световыми характеристиками свечей (Candle Light-Style Organic Light Emitting Diode)

Сотрудниками лаборатории № 31 ИОХ РАН совместно с учеными из Физического Института им. П. Н. Лебедева РАН и Российского химико-технологического Университета им. Д. И. Менделеева созданы безопасные с физиологической точки зрения светодиоды на основе гибрида органических и металлорганических излучающих материалов. Новый источник света, благодаря инновационной конструкции и сочетанию новых специально синтезированных люминофоров, практически не имеет вредного излучения в синей области спектра, а цветовые характеристики его излучения подобны световым характеристикам пламени обычных свечей. В то же время, такой диод гораздо более энергоэффективен, чем лампы накаливания, а его яркостные характеристики соответствуют требованиям, предъявляемым к современным источникам света. В среднем светодиодная панель из новых материалов размером 10х10 см (половина экрана небольшого смартфона) в оптимальных условиях обеспечивает такой же уровень освещенности, как 10-12 обычных свечей, при этом ее яркость будет в 4-5 раз больше, чем яркость стандартного компьютерного монитора. Очень важной особенностью разработанного устройства является также отсутствие в его составе редких и благородных металлов, таких как иридий и платина (основы современных промышленных люминофоров для OLED устройств), и относительная простота конструкции в целом. Преимуществом предлагаемого нами светоизлучающего диода со световыми характеристиками свечей является применение всего лишь двух светоизлучающих слоёв. В качестве одного из слоёв используется дешёвое, металлорганическое соединение алюминия, а для другого слоя были использованы специально синтезированные нами новые органические красители. Такая архитектура светодиода позволила добиться рекордно низкой цветовой температуры излучения OLED по сравнению с известными прототипами. Кроме того, замена пиридинового цикла на бензольный во внутреннем акцепторе позволила увеличить яркость светодиода более чем в три раза, при этом цветовая температура осталась на уровне рекордных показателей (1880-1990 К). Поэтому данную работу можно считать инновационной и открывающей хорошие перспективы для внедрения в практику. Разработанные нами устройства можно использовать в качестве источников света для офисных или других бытовых помещений, в качестве элементов светового дизайна различных общественных пространств и для многих других целей, но особенно полезным будет их применение в качестве домашних ламп для облегчения засыпания и создания комфортного мягкого освещения.

Результаты опубликованы в журналах первого квартиля “Chemical Communications” (рисунок к этой статье помещен на обложку этого журнала) и “Dyes and Pigments”, защищены патентом РФ и опубликованы в газете «Известия» 9 февраля 2020 г.

✓ Общий механизм действия полисернистых гетероциклов против вируса иммунодефицита кошек

Установлено, что синтезированные в ИОХ РАН полисернистые гетероциклы обладают общим механизмом действия и высокой селективностью против вируса иммунодефицита кошек, который является ближайшим аналогом вируса иммунодефицита человека. Было установлено, что соединения разной гетероциклической структуры: бис(дитиоло)тиазины, бис(дитиоло)пирролы, тетратиоцины, дитиазолы, дитиолоиндолы, пентатиепины и тиаселеназолы – являются перспективными антиспидовыми соединениями, что представляет значительную ценность для развития не только химической, но и биологической наук. Она заключается в том, что эти гетероциклы, обладающие высокореакционной связью сера-сера, могут раскрываться в организме с образованием дитиолов, которые взаимодействуют с атомом цинка как бы вынимая его из молекулы вируса в виде белково-цинк-тиольных комплексов и тем самым дезактивируя его. В ходе работы среди исследованных соединений были найдены препараты, которые вместе с высокой наномолярной антивирусной активностью, обладают низкой токсичностью к обычным клеткам, что приводит к высоким значениям терапевтической индекса.

Статьи опубликованы в двух престижных иностранных журналах: ChemMedChem, 2019, 14, 454-461, DOI: 10.1002/cmdc.201800718; Bioorg. Med. Chem. Lett., 2019, 29, 1765-1768. DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.05.016. Информация о данном открытии напечатана в газете «Российская газета – Неделя» № 203(7961) под названием «Выстрел по вирусу» и процитирована в 22 изданиях и на сайтах.

✓ Новые серии органических сенсибилизаторов на основе [1,2,5]тиа(селена)диазоло[3,4-c]пиридинов.

Солнечные батареи, основанные на индивидуальных органических молекулах, по сравнению с широко используемыми кремниевыми аналогами имеют ряд неоспоримых преимуществ: низкая стоимость, простота конструирования, возможность широкой модификации свойств и улучшенные эксплуатационные характеристики. Сенсибилизированные красителем солнечные батареи являются наиболее перспективным классом солнечных ячеек на основе органических веществ. Одной из наиболее эффективных стратегий дизайна органических красителей является стратегия D-A-π-А, заключающаяся во введении между донором и π-мостиком дополнительной акцепторной группы (А). Две новых серии органических сенсибилизаторов на основе новых внутренних акцепторов: [1,2,5]тиадиазоло[3,4-c]пиридина и [1,2,5]селенадиазоло[3,4-c]пиридина ‑ были синтезированы в ИОХ РАН и их фотовольтаическая эффективность была исследована в Университете г. Эдинбурга (Великобритания).

Результаты испытаний, показали, что полученные красители обладают средней фотовольтаической эффективностью. Однако применение в качестве со-сенсибилизатора известного красителя SQ2, поглощающего в ближней инфракрасной области спектра, позволило увеличить фотовольтаическую эффективность красителя OKT-1 на 35% до 4.19% и показало эффективность этого метода для улучшения фотовольтаических свойств сенсибилизаторов.

Статья опубликована в престижном иностранном журнале Sol. Energy, 2017, 144, 134-143. DOI: 10.1016/j.solener.2017.01.016.

Избранные публикации последних лет

V. M. Korshunov, T. N. Chmovzh, I. S. Golovanov, E. A. Knyazeva, L. V. Mikhalchenko, R. S. Saifutyarov, I. C. Avetisov, J. D. Woollins, I. V. Taydakov, O. A. Rakitin, “Candle light-style OLEDs with benzochalcogenadiazoles cores” Dyes Pigm., 2021, 185, 108917. DOI: 10.1016/j.dyepig.2020.108917.

T. Laitinen, I. V. Baranovsky, L. S. Konstantinova, A. Poso, O. A. Rakitin, C. R. M. Asquith “Antimicrobial and antifungal activity of rare substituted 1,2,3-thiaselenazoles and corresponding matched pair 1,2,3-dithiazoles” Antibiotics, 2020, 9, 369. DOI: 10.3390/antibiotics9070369.

M. S. Mikhailov, N. S. Gudim, E. A. Knyazeva, E. Tanaka, L. Zhang, L. V. Mikhalchenko, N. Robertson, O. A. Rakitin “9-(p-Tolyl)-2,3,4,4a,9,9a-hexahydro-1H-carbazole – a new donor building-block in the design of sensitizers for dye-sensitized solar cells” J. Photochem. Photobiol. A, 2020, 391, 112333. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2019.112333.

A. Leventis, T. N. Chmovzh, E. A. Knyazeva, Y. Han, M. J. Heeney, O. A. Rakitin, H. Bronstein “A novel low-bandgap pyridazine thiadiazole-based conjugated polymer with deep molecular orbital levels” Polym. Chem., 2020, 11, 581-585. DOI: 10.1039/c9py01137d.

V. M. Korshunov, T. N. Chmovzh, E. A. Knyazeva, I. V. Taydakov, L. V. Mikhalchenko, E. A. Varaksina, R. S. Saifutyarov, I. C. Avetissov, O. A. Rakitin “ A Novel Candle Light-Style OLED with a record low colour temperature ” Chem. Commun, 2019, 55, 13354-13357. DOI: 10.1039/C9CC04973H.

V. A. Ogurtsov, Y. V. Karpychev, Y. V. Nelyubina, P. V. Primakov, P. A. Koutentis, O. A. Rakitin “Synthesis of 6,7-dihydropyrrolo[2,1-c][1,3]thiazino[3,2-a]pyrazine-4(11bH)-(thi)ones from 1,2-dithiolo-3-(thi)ones” Eur. J. Org. Chem., 2019, 4149-4158. DOI: 10.1002/ejoc.201900142.

C. R. M. Asquith, T. Laitinen, L. S. Konstantinova, G. Tizzard, A. Poso, O. A. Rakitin, R. Hofmann-Lehmann, S. T. Hilton “Investigation of the pentathiepin functionality as an inhibitor of Feline Immunodeficiency Virus (FIV) via a potential zinc ejection mechanism, as a model for HIV infection” ChemMedChem, 2019, 14, 454-461. DOI: 10.1002/cmdc.201800718.

T. N. Chmovzh, E. A. Knyazeva, L. V. Mikhalchenko, I. S. Golovanov, S. A. Amelichev, O. A. Rakitin “Synthesis of 4,7-dibromo derivative of ultrahigh electron-deficient [1,2,5]thiadiazolo[3,4-d]pyridazine heterocycle and its cross-coupling reactions” Eur. J. Org. Chem., 2018, 41, 5668-5677. DOI: 10.1002/ejoc.201800961.

V. A. Ogurtsov, P. V. Dorovatovskii, Y. V. Zubavichus, V. N. Khrustalev, A. N. Fakhrutdinov, S. G. Zlotin, O. A. Rakitin “[1,2,5]Oxadiazolo[3,4-d]pyridazine 1,5,6-trioxides: efficient synthesis via the reaction of 3,4-bis(hydroxyimino)methyl)-1,2,5-oxadiazole 2-oxides with a mixture of concentrated nitric and trifluoroacetic acids and structural characterization” Tetrahedron Lett., 2018, 59, No. 32, 3143-3146. DOI: 10.1016/j.tetlet.2018.07.015.

Y. Shuku, Y. Hirai, N. A. Semenov, E. Kadilenko, N. P. Gritsan, A. V. Zibarev, O. A. Rakitin, K. Awaga “3D molecular network and magnetic ordering, formed by multi-dentate magnetic couplers, bis(benzene)chromium(I) and [1,2,5]thiadiazolo[3,4-c][1,2,5]thiadiazolidyl” Dalton Trans., 2018, 47, 9897-9902; DOI: 10.1039/c8dt02214c.