Для адекватного опису кінетики фотореакції при високоінтенсивному пікосекундному опроміненні в розрахункову модель фотореакції було введено “гарячий” стан молекули превітаміну D (Bhot). При цьому проведений розрахунок максимально досяжної концентрації превітаміну D (Premax) з підвищенням інтенсивності опромінення виявився близьким до результатів експерименту і підтвердив уповільнення розпаду Pro із зростанням інтенсивності [40*].

Таким чином, виявлено порушення закону взаємозамінності Бунзена-Роско, згідно з яким величина фотобіологічного ефекту пропорційна до дози опромінення. Ми показали, що кінетика фотоізомеризації провітаміну D залежить від інтенсивності опромінення без участі нелінійних ефектів, і що ця особливість властива всім розгалуженим фотореакціям з конформаційно рухливим інтермедіатом.

В п’ятому розділі приведено результати досліджень впливу реакційного середовища на органічні фотореакції з конформаційно рухливими проміжними фотопродуктами. Молекулярні конформації, які в звичайних розчинах в основному стані швидко переходять одна в одну, можуть стати “замороженими” в конкретному конформаційному розподілі, внаслідок чого вихід кінцевих фотопродуктів може суттєво змінитись.

Дослідження фотоізомеризації 7-ДГХ в синтетичних ліпідних бішарах [13] показали, що вихід фотопродуктів в таких системах суттєво відрізняється від випадку гомогенного розчину внаслідок обмеження конформаційної рухливості молекули превітаміну D і зміщення її конформаційної рівноваги на користь cZc-Pre конформації.

Подібний ефект спостерігався нами при дослідженні фотоізомеризації 7-ДГХ у міцелярних системах на основі водно-етанольних сумішей з різним спів-відношенням води і етанолу [15*]. В подальших дослідженнях для обмеження конформаційної рухливості превітаміну D було застосовано адсорбцію на поверхні дисперсного діоксиду кремнію, який широко використовується як носій лікарських препаратів. Дисперсні системи силікагель-розчинник (етанол чи гексан) містили ~2г кремнезему в 1 мл розчинника і були приготовані таким чином, що частинки SiO2 були щільно спаковані, так що оптична густина суспензії не змінювалась у часі.

Відсутність зміщень і появи додаткових смуг в УФ спектрах поглинання провітаміну D свідчили про те, что р-електрони дієнового хромофору не приймають участі у взаємодії з поверхнею, а його адсорбція на гідроксильованій поверхні SiO2, ймовірно, обумовлена водневим зв’язком периферійної полярної ОН-групи з гідроксилами поверхні. Саме цей фактор, а також орієнтація молекули на поверхні визначають її фотохімічну поведінку в адсорбованому стані. Значний вплив адсорбції на вихід фотопродуктів випливає з порівняння трансформації спектрів поглинання 7-ДГХ в розчині і гетерогенних матрицях (Рис.14).

Рис.14.Трансформація спектру поглинання 7-ДГХ при ламповому опроміненні ( = 254нм) в (а) етанолі протягом 0(1), 3 (2), 4 (3), 5 (4) хв.; (б) матрицях силікагель-етанол та (в) силікагель-гексан протягом 0 (1), 3 (2), 5 (3) хвилин.

Як видно, в системі силікагель-етанол приріст оптичної густини, який характеризує накопичення тахістерину, помітно нижчий, ніж в розчині, а в силікагель-гексановій системі такий приріст зовсім відсутній, що свідчить про зниження вмісту транс-ізомеру Т в реакційній суміші.

Пояснення цього ефекту випливає із принципу конформаційного контролю і запропонованої моделі адсорбції превітаміну D (Рис.15). Гідрофобні і електростатичні взаємодії обмежують внутрішньомолекулярні обертання навколо з’вязку С5-С6, що обумовлює переважний стан молекули превітаміну D в первинній cZc-Pre конформації, менш схильної до цис-транс ізомеризації.

Рис.15. Модель адсорбції превітаміну D: зсув в бік cZc-Pre конформеру

Підтвердженням наданого вище механізму адсорбції є виявлена здатність адсорбованого шару молекул 7-ДГХ гомеотропно орієнтувати нематичний рідкий кристал. Більш того, за допомогою зміни конфігурації адсорбованих молекул, внаслідок їх фотоперетворень під час УФ опромінення (розкриття гексадієнового кільця з наступною цис-транс ізомеризацією), вдалося впливати на їх орієнтучу здатність (Н>Р перехід з гомеотропної до планарної орієнтації) [41*,43*], а за допомогою електричного поля контролювати оборотні Р>Н переходи [54*] (Рис.16).

Рис.16. Фотографії дводоменної РК-комірки (Е7) в схрещених поляризаторах при напруженні електричного поля U = 0B (a) і U = 4B (б).

Цікаво також було дослідити фотоізомеризацію 7-ДГХ в рідкокристалічній (РК) матриці, особливо тому, що дослідження фотореакцій в упорядкованих середовищах є актуальним напрямком сучасної фотохімії. У якості РК матриць ми використовували прозорі в УФ діапазоні нематичні рідкі кристали РК-805 (НІОПІК, Росія) та ZLI-1695 (Merck). Було виявлено, що розчинення хіральних молекул 7-ДГХ у нематичному РК приводить до індукування холестеричної фази із закрученою направо макроспіраллю, величина кроку якої залежить від концентрації 7-ДГХ [33*, 44*,45*].

Спектр 7-ДГХ у РК матриці зазнає червоного зміщення на 1.5 нм по відношенню до етанолу, яке зростає до 4 нм по мірі УФ опромінення і накопичення тахістерину. Як відомо, батохромний зсув спектру поглинання відбувається, коли хромофор стає більш пласким, що приводить до збільшення спряження -електронів. Можна припустити, що шарувата структура холестеричного РК справляє деякий “ефективний тиск” на молекули домішки. При цьому очевидно, шо вплив РК мікрооточення на молекули Pro з жорсткою структурою повинен бути меншим, ніж на конформаційно рухливі молекули Prе і Т.

Дослідження спектральної кінетики фотоізомеризації провітаміну D3 в нематичному РК виявили (рис.17), що приріст оптичної густини під час опромінення залежить від кроку індукованої холестеричної спіралі Р: з його зменшенням приріст оптичної густини суттєво збільшується, що свідчить про зростання концентрації утворюваного тахістерину.

Рис.17. Трансформація спектру поглинання при опроміненні 7-ДГХ в ZLI-1695 лампою БУВ-30 ( = 254нм): (а) d = 135мкм, С = 0.07ваг.%, Р = 1070мкм; (б) d = 75мкм, С = 0.1ваг.%, Р = 743мкм; (в) d = 12мкм, C = 0.8ваг.%., Р = 94мкм.

Таке підвищення квантового виходу цис-транс ізомеризації в більш в’язкому середовищі важко зрозуміти в рамках класичного уявлення про її механізм, згідно з яким цис-транс ізомеризація відбувається внутрішньомолекулярним поворотом на 1800 навколо подвійного С6=С7 зв’язку. Можна припустити, що в умовах обмеження конформаційної рухливості шарувата структура РК більш сприятлива для некласичного, так званого “hula-twist” механізму цис-транс ізомеризації, який полягає в одночасному повороті на 900 сусідніх одинарної С5-С6 і подвійної С6=С7 зв’язків і “ковзного” руху двох частин молекули 7-ДГХ в площині триєнової системи. Як згадувалось в Розділі 1, такий механізм було запропоновано [14] для цис-транс ізомеризації полієнів в умовах обмеженого об’єму.

Те, що ефективність цис-транс ізомеризації зростає при зменшенні кроку холестеричної спіралі, є наслідком пригнічення торсійних коливань молекули превітаміну D за рахунок зростання в’язкості РК, оскільки саме такі коливання являють собою основний канал безвипромінювальної релаксації. Таким чином, на відміну від адсорбції, зсув конформаційної рівноваги превітаміну в РК матриці не приводить до пригнічення його цис-транс ізомеризації.

Шостий розділ присвячено дослідженню шляхів оптимізації лампової технології фотосинтезу превітаміну D, який є класичним прикладом реалізації у виробництві природного біологічно важливого фотопроцесу. Основним завданням на стадії фотосинтезу є досягнення максимального виходу превітаміну D за високого ступеню конверсії провітаміну D та відсутності побічних фотопродуктів. Але накопиченню превітаміну D перешкоджають його побічні фотоперетворення, і на практиці це змушує припиняти фотореакцію на ранній стадії опромінення лише при 20-30-відсотковій конверсії провітаміну D і відокремлювати неперетворений провітамін D перекристалізацією для повторного УФ опромінення, що призводить до його втрат і подорожчання виробництва.

Виходячи із співвідношення коефіцієнтів поглинання Рrо і Рre (рис.4), очевидно, що оптимальним для підвищення виходу превітаміну D є опромінення на довжині хвилі 295нм. Завжди вважалось, що лише короткохвильове випромінювання в області 254 нм є несприятливим, бо підвищує вихід тахістерину. Цим пояснюється застосування люмінесцентних (ерітемних) ламп із випромінюванням в діапазоні 280_350нм.

Нами досліджено роль каналу необоротних фотореакцій Рre > Тох при опроміненні провітаміну D ерітемною лампою в умовах існування так званого “film”-ефекту, який виникає внаслідок неоднорідності опромінення по товщині шару розчину з високою концентрацією 7-ДГХ. Чисельними розрахунками доведено, що в цьому випадку значно підвищується незворотна фотодеградація фотоізомерної суміші, і важливого значення набуває ефективне перемішування розчину [18*].

Крім того, експериментально підтверджено [20*], що при опроміненні оптично товстого шару розчину навіть при ефективному перемішуванні необоротні фотореакції призводять до значної зміни кінетики фотореакції у порівнянні з оптично тонким шаром, коли довгохвильове випромінювання ( > 300нм) майже не поглинається розчином (рис.18). Видно, що максимальна концентрація Рre помітно знижена і, що особливо важливо, досягається при значно меншій конверсії вихідного Pro. Видно також, що подальше опромінення не приводить до зростання виходу Рre, а тільки сприяє фотодеградації фотоізомерної суміші внаслідок активного накопичення Тох.

Рис.18. Розрахована кінетика фотоізомеризації провітаміну D в розчині з низькою (а) С = 0.003% і високою (б) С = 0.1% концентрацією при опроміненні ерітемною лампою (l = 0.5 см).

Таким чином, доведено, що кінетика фотореакції в оптично товстих шарах суттєво залежить від умов опромінення і тільки в оптично тонкому шарі існує однозначний зв’язок між спектральним складом ініціюючого випромінювання і кінетикою фотореакції, який дозволяє за зміною ступеню конверсії вихідного Pro достовірно прогнозувати концентрації компонент фотоізомерної суміші. Крім того, з урахуванням необоротного каналу Рre > Тох [19*] доведено відсутність реальних переваг методу двоступеневого опромінення провітаміну D, запропонованого в роботах [4,5].

Теоретично і експериментально обґрунтовано [38*], що на сьогоднішній день найбільш перспективним УФ джерелом для промислового фотосинтезу превітаміну D є ексимерна XeCl лампа, зважаючи на те, що підбором тиску буферного газу можливо регулювати співвідношення між інтенсивністю смуги випромінювання на 308нм та її короткохвильового крила, а вибором геометричної конструкції лампи – реалізувати оптимальний режим опромінення.

В сьомому розділі приведено результати досліджень щодо використання фото-ізомеризації провітаміну D для дозиметрії in situ (на місці) біологічно активної УФ радіації. Об’єктивний підхід до цієї проблеми є особливо актуальним, враховуючи важливу роль природного синтезу вітаміну D для здоров’я людини та зважаючи на негативні наслідки УФ передозування. На сьогоднішній день загальноприйнято оцінювати біологічну активність УФ радіації в мінімальних ерітемних дозах (1 МЕD = 200 Дж/м2). Для визначення біологічно активної радіації Dbio спектр випро-мінювання УФ джерела Е(л), “зважують” (інтегрують по довжинах хвиль) відпо-відно до спектру дії конкретного біологічного процесу А(л):. Оскільки спектр дії синтезу вітаміну D in vitro відповідає спектру поглинання про-вітаміну D [36*], суттєва різниця між ним і спектром дії ерітеми робить некорект-ним використання стандартних радіометрів для вимірювання антирахітної біоло-гічної активності УФ радіації [46*], тобто її здатності ініціювати синтез вітаміну D.

З цією метою нами запропоновано використовувати фотореакцію синтезу превітаміну D в етанолі (модель in vitro) [23*,24*], при цьому його кількість, накопичена під час експозиції, і є мірою біологічної (антирахітної) УФ дози. Спектральне спостереження за кінетикою дозволяє проводити такі вимірювання в реальному часі, а математична модель фотореакції дозволяє вираховувати біодозу при опроміненні будь-яким джерелом, якщо відомий його спектр УФ випромінювання. Чисельні розрахунки довели значну чутливість антирахітної радіації Сонця до товщини озонового шару, а експериментальні спостереження – до сонячного зенітного кута (рис.19) [48*, 51*].

Рис.19. Сезонні зміни антирахітної сонячної активності в Києві (2004 рік).

Детальні тестування, проведені в лабораторії та на відкритому повітрі, довели відповідність експериментально виміряних та розрахованих концентра-цій превітаміну D і визначили еритемну та фізичну дози, необхідні для фотосинтезу 5% превітаміну D в залежності від довжини хвилі УФ опромінення (Табл.1) [31*,32*].

Таблиця 1.

Довжина хвилі (нм) | 260 | 270 | 280 | 290 | 300 | 310

Антирахітна доза (% PreD) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5

Ерітемна доза (MED) | 0.275 | 0.214 | 0.2 | 0.475 | 0.703 | 3.874

Фізична доза (Дж/м2) | 55 | 42.7 | 40 | 95 | 205 | 10400

Для розробки персонального УФ біодозиметру з візуальною оцінкою поглинутої УФ дози 7-ДГХ було розчинено в холестеричній РК матриці, смуга селективного відбивання якої лежить у видимій області спектру. Зсув цієї смуги внаслідок фотоперетворень молекули 7-ДГХ під дією УФ опромінення, які супроводжуються зміною кроку холестеричної спіралі, після відповідної калібровки дає змогу візуально визначати отриману дозу біоактивної антирахітної УФ радіації, що було доведено одночасною експозицією РК комірки і розчину 7-ДГХ в етанолі (Рис.20) [55*]. Такий персональний УФ біодозиметр буде корисним для визначення отриманих індивідуальних УФ біодоз як під час медико-біологічних досліджень, так і в повсякденному житті.

Рис.20. Зміна довжини хвилі смуг селективного відбивання в холестеричних РК матрицях з домішкою 7-ДГХ з право- (1) і ліво- (2) закрученою макроспіраллю від часу УФ опромінення (а) та їх кореляція з концентрацією превітаміну D, накопиченого в етанолі (б).

Висновки

У дисертаційній роботі узагальнено результати експериментальних досліджень фізичних закономірностей впливу параметрів лазерного випромінювання на кінетику фотоізомеризації провітаміну D і одержано нову наукову інформацію стосовно фізики складних фотохімічних реакцій. Розв’язано наукову проблему цілеспрямованого впливу на канали фотоперетворень у розгалужених фотореакціях з конформаційно рухливим проміжковим фотопродуктом як за рахунок властивостей ініціюючого лазерного опромінення, так і шляхом вибору реакційного середовища.

Головні наукові і практичні результати дисертаційної роботи складають наступне:

1. Розроблено експресний метод спектрофотометричного аналізу багатокомпонентної суміші фотоізомерів, що утворюється протягом УФ опромінення провітаміну D, з урахуванням її незворотної фотодеградації. Розвинуто математичні моделі фотореакції, які адекватно описують її експериментально досліджену кінетику в умовах високоінтенсивного лазерного опромінення і враховують конформаційну рухливість молекули превітаміну D.

2. За допомогою перестроюваного лазера при довгохвильовому опроміненні (л > 300 нм) експериментально виявлено порушення загальноприйнятого фотостаціонарного наближення внаслідок різкого зростання ефективності каналу необоротних фотоперетворень превітаміну D. Доведено, що нехтування необоротним каналом Pre > Tox справедливе тільки у вузькому спектральному інтервалі 268 – 300 нм, а концентраційний аналіз у наближенні сталої сумми концентрацій головних 4-х ізомерів за межами цього інтервалу є некоректним. Таким чином, показано, що при дослідженні оборотних фотохімічних реакцій низький квантовий вихід необоротного каналу не завжди є вагомою підставою для нехтування ним в широкому спектральному діапазоні.

3. Теоретично проаналізовано і експериментально доведено значну негативну роль необоротного каналу для одержання максимального виходу превітаміну D при опроміненні оптично товстого шару висококонцентрованого розчину провітаміну D (С = 0,1-0,2%) як в умовах монохроматичного, так і широкополосного УФ опромінення. Сформульовано рекомендації щодо оптимального режиму лампового УФ опромінення в умовах виробництва.

4. Теоретично проаналізовано вплив інтенсивності опромінення на кінетику розгалужених фотореакцій з конформаційно рухливим інтермедіатом і встановлено критерії порушення закону взаємозамінності Бунзена-Роско. Так, в умовах збудження фотосинтезу превітаміну D пікосекундними лазерними імпульсами таке порушення виявлено при більш низькій інтенсивності, ніж інтенсивність насичення I ~ 1/уф, де ф ~10-13с – час життя збудженого синглетного стану, а - переріз поглинання. Доведено, що експериментально виявлений ефект при підвищенні інтенсивності опромінення в межах 1012 6·1013 Вт/м2 не пов’язаний з нелінійними процесами, а обумовлений переважним збудженням первинних cZc-Pre конформерів превітаміну D, що не досягли конформаційної рівноваги.

5. Теоретично досліджено і експериментально доведено можливість керування каналами фотоперетворень превітаміну D та зниження виходу побічного транс-ізомера при пікосекундному лазерному опроміненні провітаміну D з інтенсивністю I 1/2, де 2 125 пс - час встановлення конформаційної рівноваги превітаміну D. Саме зростання ймовірності збудження нерівноважних cZc-Pre конформерів обумовлює залежність виходу кінцевих фотопродуктів від інтенсивності опромінення і забезпечує можливість реалізації конформаційної селективності у тій спектральній області, де спектри конформерів перекриваються.

В той же час збудження "гарячої" молекули превітаміну D із зростанням інтенсивності опромінення у межах 1/1 ? I > 1/2, де 1 5пс - час термалізації (коливальної релаксації) утворюваного превітаміну D, обмежує його вихід внаслідок зростання ймовірності зворотного замикання гексадієнового кільця, що проявляється як ефект "молекулярної пам’яті". Таке нетривіальне сповільнення фотореакції суттєво відрізняється від ефектів руйнування (дисоціації) біомолекул, які звичайно спостерігаються при високоінтенсивному пікосекундному опроміненні внаслідок двофотонного поглинання.

6. Встановлено механізм адсорбції провітаміну D на поверхні кремнезему і виявлено суттєве зниження ефективності цис-транс ізомеризації превітаміну D в адсорбованому стані через зсув конформаційної рівноваги на користь зкрученого cZc-Pre конформера. В той же час виявлено, що при розчиненні провітаміну D у нематичному рідкому кристалі ефективність цис-транс ізомеризації суттєво залежить від кроку індукованої холестеричної спіралі, і її різке зростання із зменшенням кроку спіралі обумовлене проявом некласичного (hula-twist) механізму в умовах обмеженого об’єму.

Виявлено, що шар адсорбованих молекул провітаміну D забезпечує монодоменну гомеотропну орієнтацію нематичних рідких кристалів, яка під дією лінійно поляризованого УФ опромінення змінюється на планарну, а за допомогою електричного поля реалізовано керування оборотною переорієнтацією нематичних РК. Таким чином, доведено можливість використання плівок фоточутливих молекул стероїдів для безконтактного методу фотоорієнтації нематичних рідких кристалів.

7. Запропоновано і розроблено метод прямого вимірювання вітамін-D-синтезуючої (антирахітної) біологічної активності УФ випромінювання, в основу якого закладено спектральний контроль фотосинтезу превітаміну D (in vitro). Проведено вимірювання антирахітної активності штучних джерел УФ радіації та вперше виконано цілорічні вимірювання біоактивної сонячної УФ радіації в Києві і Антарктиді.

Для візуального контролю дози біоактивного УФ випромінювання запропоновано спосіб, який полягає в тому, що при розчиненні провітаміну D в холестеричній РК матриці його фотоперетворення під дією УФ опромінення призводять до зміни кроку холестеричної макроспіралі і, як наслідок, до зміщення смуги селективного відбивання, тобто до зміни кольору. На цій основі розроблено і протестовано персональний біодозиметр антирахітної УФ радіації.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1*. Кравченко В.И., Кириленко Е.К., Опанасюк Ю.Д., Теренецкая И.П. Новые возможности управления спектрально-энергетическими характеристиками импульсных перестраиваемых лазеров на растворах органических красителей // Изв. АН СССР, сер. физ. _ 1982. _ Т. 46, № 10. _ С.1964 _ 1969.

2*. Кириленко Е.К., Кравченко В.И., Опанасюк Ю.Д., Теренецкая И.П. Лазерная абсорбционная спектроскопия газов. 1. Контроль NO2 по тонкой структуре спектра поглощения // Квантовая электроника. _ К.: Наукова думка. _ 1983. _ № 24. _ С.66 _74.

3*. Кравченко В.И., Таранов В.В., Теренецкая И.П. Новые возможности лазерной корреляционной спектроскопии // УФЖ. _ 1985. _ Т. 30, № 3. _ С. 332 _ 333.

4*. Кравченко В.И., Скорчаковский М.Л., Теренецкая И.П., Шидлак Ю.В., Янкевич З.А. Эффективный перестраиваемый лазер со сверхре-генеративным усилителем на одной активной среде // Укр. физ. журн. _ 1985. _ Т. 30, № 11. _ С. 1636_1637.

5*. А.с. 1340536 СССР, МКИ Н 01 S 3/082 / Кравченко В.И., Левченко Е.Г., Теренецкая И.П. (СССР). Способ перестройки длины волны излучения лазера и перестраиваемый лазер для его осуществления _ № 3898998/ 31_25; Заявл. 23.05.85.

6*. Кравченко В.И., Скорчаковский М.Л., Теренецкая И.П., Шидлак Ю.В., Янкевич З.А. Спектрально-энергетические характеристики лазера на красителе при электронном пере-ключении добротности связанных резонаторов // Квант. электрон. _ 1986. _ Т.13. _ С. 823_826.

7*. Кравченко В.И., Левченко Е.Г., Теренецкая И.П. Прецизионный волномер для экспрессного контроля длины волны излучения импульсного перестраиваемого лазера // Опт.-мех. пром._ 1989._№ 3. _ С. 61_62.

8*. Теренецкая И.П., Кравченко В.И., Гундоров С.И. Проблемы и возможности лазерной фотоизомеризации провитамина D // Спектроскопия конденсированных сред. _ Киев: Наук.думка._ 1988._ С.157_ 162.

9*. Теренецкая И.П., Гундоров С.И., Кравченко В.И., Берик Е.Б. Наносекундный лазерный фотолиз провитамина D // Квант. электрон. _ 1988._ Т.15, № 10._ С.2107_2112.

10*. Богословский Н.А., Берик И.К., Гундоров С.И., Теренецкая И.П. Особенности лазерного фотолиза провитамина D // Хим. выс. энергий. _ 1989. _ Т.23, №3. _ С.271_275.

11*. Terenetskaya I.P., Perminova O.G., Yeremenko A.M. Photoisomeri-zation of provitamin D in dispersive systems // J. Mol. Struct. _ 1990._ V.219. _ P.359-364.

12*. Terenetskaya I.P., Repeyev Yu.A. Provitamin D photoisomerization kinetics upon picosecond laser irradiation: the role of previtamin conformational non-equilibrium // Proc.SPIE.- 1990. _ V.1403. _ P.500-503.

13*. Гундоров С.И., Давыденко В.А., Теренецкая И.П., Ющук О.И. Исследование кинетики и квантовых выходов в фотохимии провитамина D с помощью перестраиваемого лазера // Квант. электрон.- 1991.-T.18. _ С.374-378.

14*. Теренецкая И.П., Гундоров С.И., Берик Е.Б. Особенности фотолиза провитамина D при длинноволновом облучении // Квант. электрон. _ 1991. _ Т.18, № 4. _ С.520_522.

15*. Terenetskaya I.P., Perminova О.G., Yeremenko A.M. Effect of environment on the conformational equilibrium and photoconversions of previtamin D // J. Mol. Struct. _ 1992. _ V.267. _ P.93-98.

16*. Теренецкая И.П. Новые возможности контроля фотопродуктов в процессе лазерной фотоизомеризации провитамина D (обзор) // Квант, электрон. _ Киев: Наукова думка. _ 1992. _ Вып.2. _ С. 37_ 44.

17*. Дмитренко О.Г., Теренецкая И.П. Теоретическое обоснование возможности конформационного контроля продуктов фотохимических превращений провитамина D // Теор. экспер. хим._ 1993._Т.9._ С.326_32.

18*. Теренецкая И.П., Галкин О.Н., Богословский Н.А. Необратимые реакции в фотохимии провитамина D в условиях оптически плотного слоя // Хим.-фарм. журн._ 1993. _ Т.27, N4. _ С.55_59.

19*. Теренецкая И.П., Самойлов Ю.А., Богословский Н.А., Высоцкий Л.Н., Лукницкий Ф.И. Анализ метода двухступенчатого облучения провитамина D с учетом необратимых фотореакций превитамина // Хим.-фарм. журн. _ 1993. _ Т. 27, № 11. _ С.58_62.

20*. Теренецкая И.П., Богословский Н.А., Высоцкий Л.Н., Лукницкий Ф.И. Пути оптимизации фотосинтеза превитамина D при облучении эритемной лампой // Хим.-фарм. журн. _ 1994. _ Т.28, №8. _ С.46_51.

21*. Сериков А.А., Теренецкая И.П. Влияние интенсивности излучения на каналы фотопре-вращений конформационно-подвижных молекул // Хим. выс. эн. _ 1994. _ Т.28. _ С.257-262.

22*. Дмитренко О.Г., Теренецкая И.П., Лопухович Н.Ю., Огенко В.М. Особенности термопревращений витамина D на поверхности дисперсных диоксидов // Журн. физ. химии._ 1994._ Т.68._ С.2252-2253.

23*. Пат. 19525А України, МПК G01J1/48, G01J3/42, C07C401/00, A61N5/06. Спосіб контролю біоактивного ультрафіолетового випромінювання: Пат. 19525А України / Теренецька І.П., Теренецький К.О. - № 94043235; Заявл. 08.04.94. Опубл. 25.12.97, Бюл. №6, 2с.

24*. Terenetskaya I.P. Provitamin D photoisomerization as possible UVB monitor: kinetic study using tunable dye laser // SPIE Proc..- 1994. _ V.2134B. _ P.135-140.

25*. Татиколов А.С., Дмитренко О.Г., Теренецкая И.П. Триплет-триплетный перенос энергии в сенсибилизированной цис-транс изомеризации превитамина D // Хим. физика. _ 1995._ Т.14, №.4. _ С.73-77.

26*. Terenetskaya I.P., Dmitrenko O.G., Eremenko A.M. Conformational control in previtamin D photochemistry by heterogeneous reaction media // Res. Сhem. Intermed. _ 1995. _ V.21, N6. _ P.653-664.

27*. Terenetskaya I.P. Lasers in Vitamin D synthesis // Rom. J. Biophys. _ 1995. _ V.5, N.4. _ P.263-277.

28*. Теренецкая И.П., Репеев Ю.А. Особенности лазерного фотосинтеза превитамина D при высокоинтенсивном пикосекундном облучении // Хим. выс. эн. _ 1996. _ Т.30. _ С.402-406.

29*. Dmitrenko O.G., Serikov A.A., Terenetskaya I.P. Model analysis of branching photoreactions with conformationally flexible intermediate // J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. _ 1996. _ V.96. _ P.7-12.

30*. Репеев Ю.А., Теренецкая И.П. Лазерный фотосинтез превитамина D: новые эффекты при высокоинтенсивном пикосекундном облучении // Квант. электрон._ 1996._ Т.23, №8. _ С.765-768.

31*. Galkin O.N., Terenetskaya I.P., Vitamin D” biodosimeter: basic characteristics and prospect applications // J. Photochem. Photobiol. B: Biologу. _ 1999. _ V.53, N1. _ P.12_10.

32*. Webb A.R., Terenetskaya I.P. Combined study of antirachitic solar UVB radiation by spectroradiometer and "Vitamin D" biodosimeter // In: Biologic effects of light. _ Eds. Holick&.Jung, Kluver Acad. Publishers, 1999. _ P.153-155.

33*. Dyadyusha A.G., Gvozdovsky I.A., Salkova E.N., Terenetskaya I.P. Development of personal biodosimeter of UV radiation based on vitamin D photosynthesis in nematic liquid crystal matrix // Semicond. Phys., Quantum&Optoelectronics. _ 1999. _ V.2, N4. _ P.91-95.

34*. Terenetskaya I. Spectral monitoring of biologically active solar UVB radiation using an in vitro model of vitamin D synthesis // Talanta. _ 2000. _ V.53. _ P. 195-203.

35*. Gvozdovsky I.A., Terenetskaya I.P. Comparative study of the kinetics of provitamin D photoisomerization in ethanol and in the liquid crystal //Functional Materials._2000._ V.7._P.508-12.

36*. Bolsйe D., Webb A.R., Gillotay D., Dцrschel B., Knushke P., Krins A., Terenetskaya I. Laboratory facilities and recommendations for the characterization of biological UV dosimeters // Applied Optics. _ 2000. _ V.39, N16. _ P.2813-2822.

37*. Korzovska O.V., Terenetskaya I.P., Lisetski L.N. On a possibility to monitor the vitamin D formation processes using selective reflection properties of cholesteric liquid crystals // Biophys. Bulletin (Вісник Харківського університету). _ 2000.- №488.- С.71-74.

38*. Terenetskaya I., Oppenlander T. The incoherent xenonchloride excimer lamp: a promising UV source in industrial synthesis of vitamin D // XVIII IUPAC Symposium on Potochemistry, Dresden, 2000, Book of Abstracts . – P.585-586.

39*. Terenetskaya I., Gvozdovsky I. Development of personal UV biodosimeter based on vitamin D photosynthesis // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 2001.- V.368. _ P.551-558.

40*. Terenetskaya I., Bugajchuk S. Features of provitamin D photoisomerization under high intensity picosecond laser irradiation // IX Int. Conf. Laser Applications in Life Sciences, LALS2002, Vilnius, Lithuania, 7-11 July, 2002. – Conference Digest. – P.132.

41*. Гвоздовский И.A., Теренецкая И.П. Фотоориентация жидких кристаллов с помощью УФ облучения композитной пленки ПММА+провитамин D3 // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. _ 2002. _ №2. _ С.80-83.

42*. Gvozdovskyy I., Terenetskaya I. Development of personal UVB biosensor: detection of previtamin D photosynthesis // In: "Biologic effects of light 2001”, M.F.Holick, Ed. Kluver Acad. Publish. _ 2002. _ P.341-353.

43*. Гвоздовский И.А., Теренецкая И.П. УФ-индуцированные ориентационные эффекты в нематических жидких кристаллах, обусловленные фотопревращениями адсорбированного провитамина D3 // Журн. научн. прикл. фотогр. _ 2002. _ T.47, №2. _ C.45-50.

44*. Gvozdovskyy, I. Terenetskaya I. Steroid motor: dynamics of cholesteric helix induction in the nematic droplet // Liquid Crystals Today.- 2002.-V.10, N2.- P.8-12.

45*. Гвоздовський І.А., Теренецька І.П. Ефект обертання стероїдних мікрокристалів в краплині нематика // УФЖ.- 2002. - Т.47.- C.751-754.

46*. Terenetskaya I. Duality of solar UV-B radiation and relevant dosimetry: vitamin D synthesis versus skin erytema // SPIE Proc.- 2003. - V.4896.- P.144-150

47*. Terenetskaya I., Ouchi A. Wavelength effect on provitamin D photoisomerization: comparison of KrF and XeCl excimer laser irradiation // Book of Abstracts, XXI Int. Conf. on Photochem., July 26-31, 2003, Japan. – P.452.

48*. Terenetskaya I. Solar UV-B dosimetry in situ with ‘D-dosimeter’: effect of ozone depletion on the vitamin D synthetic capacity of sunlight // Agricult. Forest Meteorol.- 2003. - V.120. - P.45-50.

49*. Terenetskaya I. Two methods for direct assessment of the vitamin D synthetic capacity of sunlight and artificial UV sources // J. Steroid Biochem. & Mol. Biol. - 2004.- V.89-90.- P.623-626.

50*. Aronishidze M., Chanishvili A., Chilaya G., Petriashvili G., Tavzarashvili S., Lisetski L., Gvozdovskyy I., Terenetskaya I. Colour change effect based on provitamin D photoisomerization in cholesteric liquid crystalline mixtures // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2004. - V.420. - P.47–53.

51*. Gvozdovskyy I., Orlova T., Salkova E., Terenetskaya I., Milinevsky G. Ozone and solar UVB radiation: monitoring of the vitamin D synthetic capacity of sunlight in Kiev and Antarctica // Int. J. Remote Sensing.- 2005.- V.26, N16.- P.3555–3559

52*. Chilaya G., Petriashvili G., Terenetskaya I., Chanishvili A., Kireeva N., Lisetski L. Provitamin D2 and Provitamin D3 phototransformations in cholesteric liquid crystal mixtures induced by UV radiation // Mol. Cryst. Liq. Cryst. - 2005. - V.433. - P.73-85.

53*. Gvozdovskyy I., Orlova T., Terenetskaya I. Features of Previtamin D cis-trans isomeriztaion in the nematic LC matrices: orientation and cholesteric order effects // Mol. Cryst. Liq. Cryst.- 2005.- V.434.– P.325-332.

54*. Gvozdovskyy I., Orlova T., Terenetskaya I. UV induced photoalignment and colour change in nematic liquid crystals with provitamin D dopant // Mol.Cryst. Liq.Cryst.-2005.-V.430.– P.199-203.

55*. Terenetskaya I., Orlova T. UV radiation, vitamin D and cancer: how to measure the vitamin D synthetic capacity of UV sources? // SPIE Proc. - 2005. - V.5969. – P.426–432.

56*. Пат. 15712 Україна, МПК G01J 1/00 A61N 5/06 C07C 401/00 G01J 3/42. Спосіб вимірювання дози біоактивного ультрафіолетового випромінювання: Пат. 15712 Україна / Теренецька І.П.; Заявл. 06.01.06; Опубл. 17.07.06. Бюл. №7. – 4с.

57*. Орлова Т.Н., Теренецкая И.П. Особенности фотоизомеризации провитамина D3 в нематическом жидком кристалле // Опт. и спектр. – 2006. – Т.100, №4. – С.629-634.

Список використаних джерел

Jacobs H.J.C., Havinga E. Photochemistry of vitamin D and its isomers and of simple trienes, in: J.N. Pitts et al.(eds.), Advances in photochemistry, Wiley, New York, V.11. - 1979. - P. 305-373.

Dauben W.G., Funhoff D.J.H. Theoretical evaluation of the conformations of previtamin D3 // J. Org. Chem.- 1988. – V. 58. – P. 5070 – 5075.

Malatesta V., Willis C., Hackett P.A. Laser рhotochemical рroduction of Vitamin D // J. Am. Chem. Soc. _ 1981. _ V. 103. _ P. 6781 _ 6783.

Dauben W.G., Phillips R.B. Wavelength-controlled production of previtamin D3 // J. Am. Chem. Soc. - 1982.- V.104.- P.355-356.

Dauben W.G., Phillips R.B. Effect of wavelength on the photochemistry of provitamin D // J. Am. Chem. Soc. - 1982.- V.104.- P.5780-5781.

Gottfried N., Kaiser W., Braun M., Fuss W., Kompa K.L. Ultrafast electrocyclic ring opening in previtamin D photochemistry. // Chem. Phys. Lett. V. 110, N4. - 1984. - P. 335 - 339.

Bernardi F. Olivucci M., Ragazos I.N., Robb M.A. A new mechanistic scenario for the photochemical transformation of ergosterol: an MC-SCF and MM-VB study // J. Am. Chem. Soc. - 1992.- V.114.- P.8211 – 8220.

Braun M., Fuss W., Kompa K.L. Improved photosynthesis of previtamin D by wavelength of 280–300 nm // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. _ 1991. _ V. 61. _ P. 15_26.

Abillon E., Mermet-Bouvier R. Effect of wavelength on production of previtamin D2 // J. Pharm. Sci. _ 1973. _ V.62, N10. _ P. 1688_1691.

Sternberg J.C., Stillo H.S., Schwendeman R.H. Spectrophotometric analysis of multicomponent systems using the least scquares method in matrix form. The ergosterol irradiation system // Analyt. Chem. _ 1960. _ V.32, N1. _ P.84_90.

Reid P.J., Doig S.J., Mathies R.A. Direct measurement of the photochemical ring opening in 1,3-cyclohexadiene by picosecond time-resolved UV resonance Raman // Chem. Phys. Lett.- 1989.- V.156, N2,3.- P.163-168.

Fuss W., Hofer T., Hering P., Kompa K.L., Lochbrunner S., Schikarski T., Schmid W.E. Ring opening in the dehydrocholesterol-previtamin D system studied by ultrafast spectroscopy // J. Phys. Chem. – 1996.- V.100. - P.921-927

Moriarty R.M., Schwartz R.N., Lee C., Curtis V. Formation of Vitamin D3 in Synthetic Lipid Multibilayers. A Model for Epidermal Photosynthesis // J. Am. Chem. Soc.– 1980.– V.102, #12. – P.4257–59.

Liu R.S.H., Hammond G.S. The case of medium –dependent dual mechanisms for photoisomerization: One-bond flip and Hula-Twist // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S. - 2000.- V. 97.- P.1153-58.

АНОТАЦІЯ

Теренецька І.П. Спектроскопія і лазерна фотохімія провітаміну D – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 – оптика, лазерна фізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка. Київ, 2006.

У роботі визначено закономірності впливу параметрів УФ лазерного випромінювання (довжини хвилі, інтенсивності, тривалості імпульсу) на кінетику фотоізомеризації провітаміну D. Проаналізовано вплив слабкого необоротного каналу і доведено неадекватність загальноприйнятого фотостаціонарного наближення. Виявлено нові ефекти впливу інтенсивності пікосекундного лазерного опромінювання на кінетику фотореакції, з’ясовано фізичну природу порушення закону взаємозамінності і запропоновано математичну модель, яка враховує збудження нерівноважних конформерів. Визначено механізми цілеспрямованого впливу на конформаційний розподіл превітаміну D і канали його фотоперетворень як за рахунок властивостей ініціюючого випромінювання, так і взаємодії з мікрооточенням в різних середовищах. Розроблено метод спектрофотометричного аналізу багатокомпонентної суміші фотоізомерів з урахуванням її фотодеградації і визначено шляхи оптимізації технології фотосинтезу превітаміну D. Досліджено ефекти фотоіндукованої орієнтації нематичних рідких кристалів плівками адсорбованого провітаміну D. Розвинуто метод вимірювання біологічно активних доз сонячної УФ радіації на основі спектрального спостереження за кінетикою фотосинтезу превітаміна D in vitro. Запропоновано спосіб візуального визначення поглинутої УФ біодози за зміною кольору холестеричного рідкого кристалу з домішкою провітаміну D.

Ключові слова: спектроскопія, лазерна фотохімія, синтез вітаміну D, кінетика фотореакції, математична модель, конформаційний розподіл, спектрофотометричний аналіз, адсорбція, рідкий кристал, УФ біодозиметр.

Аннотация

Теренецкая И.П. Спектроскопия и лазерная фотохимия провитамина D. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.05 – оптика, лазерная физика. – Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко. Киев, 2006.

В работе обобщены результаты исследований физических законо-мерностей влияния параметров УФ лазерного излучения (длины волны, интенсивности, длительности импульса) на кинетику фотоизомеризации провитамина D, лежащую в основе природного синтеза витамина D. В условиях лазерного облучения экспериментальные исследования кинетики фотореакции проводились методом абсорбционной УФ спектроскопи в сочетании с ее математическим моделированием при помощи системы кинетических дифференциальных уравнений. В отличие от общепринятого хроматографического анализа, для концентрационного спектрального анализа образующейся многокомпонентной смеси фотоизомеров развит оригинальный метод, учитывающий ее необратимую фотодеградацию.

С помощью перестраиваемого лазера обнаружен новый спектральный эффект, заключающийся в резком возрастании эффективности слабого канала необратимых фотопревращений превитамина D в области >300нм, и доказана неадекватность общепринятого фотостационарного приближения. Выработаны практические рекомендации по оптимизации технологии фотосинтеза превитамина D и снижению негативной роли необратимого канала.

При пикосекундном лазерном облучении обнаружена зависимость кинетики фотореакции от интенсивности, установлена физическая природа нарушения закона взаимозаместимости и предложена адекватная математическая модель, учитывающая возбуждение неравновесных конформеров превитамина D. Достигнута конформационная селективность с существенным снижением выхода побочного транс-изомера при облучении исходного провитамина D с интенсивностью I 1/1, где 1 125пс - время установления конформационного равновесия превитамина D. С ростом интенсивности облучения в пределах 1/ > I >1/2, где 2 5пс - время термализации (колебательной релаксации) образующегося превитамина D, обнаружен нетривиальный эффект замедления фотореакции, обусловленный увеличением вероятности обратного замыкания гексадиенового кольца при возбуждении "горячей" молекулы превитамина D, что проявляется как эффект "молекулярной памяти".

Обнаружено влияние реакционной среды не только на эффективность, но и на механизм цис-транс изомеризации превитамина D. Установлен механизм адсорбции провитамина D на поверхности кремнезема и выявлено снижение эффективности цис-транс изомеризации превитамина D в адсорбированном состоянии, обусловленное сдвигом конформационного равновесия в пользу скрученного cZc-Pre конформера. В то же время, при растворении провитамина D в нематическом жидком кристалле обнаружено резкое увеличение эффективности цис-транс изомеризации по мере уменьшения шага индуцированной холестерической спирали, что свидетельствует о проявлении ее неклассического (hula-twist) механизма в условиях ограниченного объема.

Получена монодоменная гомеотропная ориентация нематических жидких кристаллов пленками адсорбированного провитамина D, которая под действием линейно поляризованного УФ облучения изменяется на планарную, а с помощью электрического поля реализовано управление обратимой переориентацией нематических ЖК.

Развит метод измерения биологически активных доз солнечной УФ радиации с помощью спектрального наблюдения за кинетикой фотосинтеза превитамина D in vitro. Предложен способ визуального определения поглощенной УФ биодозы по изменению цвета холестерического жидкого кристалла с примесью провитамина D.

Ключевые слова: спектроскопия, лазерная фотохимия, синтез витамина D, кинетика фотореакции, математическая модель, конформационное распределение, спектрофото-метрический анализ, адсорбция, жидкий кристалл, УФ биодозиметр.

SUMMARY

Terenetska I.P. Spectroscopy and laser photochemistry of provitamin D. – Manuscript.

Thesis for a doctor of science degree in physics and mathematics, specialization 01.04.05 – optics, laser physics. – Kyiv Taras Shevchenko National University, Kyiv, 2006.

Kinetics of provitamin D photoisomerization under pulsed UV laser irradiation was studied by UV absorption spectroscopy, and regularities of laser radiation parameters (wavelength, intensity, pulse duration) influence on the photoproduct yield were determined. Breakdown of the photostationary state approximation has been revealed under monochromatic irradiation at the wavelengths > 300nm. New intensity effects were observed under picosecond laser irradiation, the physical principles of the reciprocity law violation were established and adequate mathematical model was proposed with due regard for non-equilibrium of previtamin D conformers. The ways of purposeful impact on the conformational distribution of previtamin D and its photoreaction channels