Слабосвязанные комплексы Х-О2 как новый источник синглетного кислорода
Наличие и влияние молекулярного окружения приводит к радикально новой фотохимии молекул кислорода. В частности, становятся разрешенными процессы образования таких активных форм кислорода, как, например, молекулы синглетного кислорода O2(a1Δg), образование которых запрещено при фотовозбуждении «изолированных» молекул кислорода. Молекулы синглетного кислорода благодаря своей высокой реакционной способности играют ключевую роль в многообразных природных фотобиологических и фотохимических процессах и широко используются на практике. В последнее время развитие областей применения синглетного кислорода сильно ускорилось, поэтому детальное изучение механизмов его образования представляет собой весьма важную и актуальную задачу. В связи с этим, изучение процесса образования синглетного кислорода при фотовозбуждении слабосвязанных комплексов Х-О2 представляет собой не только фундаментальный, но и прикладной интерес, так как этот процесс представляет собой новый способ генерации синглетного кислорода и открывает новые перспективы развития ряда практических приложений. Данный процесс обеспечивает новый механизм фотоокисления различных молекул в конденсированной среде; а также может быть использован в УФ-очистке воздуха и воды, в фотобиологии и медицине. Кроме того, исследование фотохимических процессов с участием слабосвязанных комплексов X-O2 позволяет понять механизмы влияния слабосвязанного окружения на процессы фотопревращений молекул, ведь в настоящее время основными объектами исследования в фотохимии по-прежнему остаются индивидуальные молекулы.
В рамках данного направления мы проводим качественное и количественное исследование механизма образования синглетного кислорода при фотовозбуждении слабосвязанных комплексов Х-О2 с разными молекулами Х в молекулярных пучках, газе и жидкости. Очень удобной моделью для изучения фотопроцессов в слабосвязанных комплексах являются Ван-дер-Ваальсовы комплексы, которые могут быть получены с помощью техники импульсных молекулярных пучков. Условия молекулярного пучка позволяют применять для исследования механизма фотопроцессов наиболее «мощные» методы исследования, такие как метод измерения карт скоростей фотофрагментов. Полученные данные о механизме генерации синглетного кислорода в Ван-дер-Ваальсовых комплексах кислорода мы используем при исследовании процессов фотогенерации синглетного кислорода в газовой фазе и в конденсированных средах. Эти данные позволяют однозначно предсказывать положение полосы супрамолекулярного поглощения слабосвязанных комплексов кислорода, соответствующей фотогенерации синглетного кислорода, что дает возможность целенаправленно генерировать синглетный кислород в условиях, где прямое измерение полосы супрамолекулярного поглощения невозможно. Для исследований в газовой и конденсированной фазе мы используем экспериментальную методику, включающую в себя облучение газовой смеси или раствора, содержащих О2, лазерным излучением в диапазоне от УФ- до ближней ИК-области и измерение сигнала ИК-люминесценции синглетного кислорода на 1.27 мкм в зависимости от различных параметров (энергия излучения, длина волны, давление смеси и т.д.).
Исследование процесса образования синглетного кислорода из слабосвязанных комплексов Х-О2 с произвольной молекулой Х представляет собой особый прикладной и фундаментальный интерес и в частности может усовершенствовать и упростить методы изучения влияния молекул синглетного кислорода на жизнедеятельность биологических объектов. Определенно процесс образования синглетного кислорода из слабосвязанных комплексов может присутствовать в окружающей нас среде везде, где есть молекулярный кислород, и важно понимать механизм и количественно представлять роль данного процесса в природе. В рамках данного исследования мы планируем получить качественную и количественную оценку роли изучаемого процесса образования синглетного кислорода в атмосфере Земли, процессах фотоокисления биологически важных молекул и также оценить возможность его практического приложения.