蒽醌类光敏药物中的超快光物理机制研究

Photosensitization and phototoxicity are a common result of the interaction of sunlight with pharmaceutical agents transported in the blood system or applied topically. If the drug can damage the structure of diseased tissues with photoexcitation, a therapeutic effect will be achieved. Because of differences in physical and chemical properties of the photosensitive drugs, it is necessary that we further understand the nonradiative relaxation and photodamage in the excited states, and focus on photophysical and photochemical processes to reveal mechanisms of dynamics. The project is intended to use a time-resolved spectroscopy, especially femtosecond transient absorption spectroscopy, to investigate the characters of excited states and ultrafast dynamics processes of the photosensitive anthraquinones drugs. We will obtain some important information about excitation energies, electronic configurations, and proton or charge transfer, the type and lifetimes of transient intermediate from our experiments. The effects about molecular structural modifications and environments will also be discussed in detail. In brief, we present some researches toward understanding both the unimolecular deactivation pathway of photoexcited pharmaceutical products and their photosensitizing capability in the presence of biological substrates. The project will provided a basic guidance on the design and synthesis of the new photosensitizer.

一些外源性物质（如通过血液传输的药物）与光相互作用会引起机体组织的光敏性或光毒性反应。如果药物与病变组织作用,可以破坏其结构，达到一定的治疗效果。由于机体组织内的光敏药物分子的物理化学性质有较大差异，需要我们深入认识药物分子激发态衰变过程和发生损伤的分子反应机制，在分子层面上研究其中的光物理和光化学过程，揭示这类反应发生的动力学机理。本项目拟用飞秒瞬态吸收光谱技术系统地研究蒽醌类光敏药物的超快分子机制，从光物理和光化学角度完整描述光敏药物分子被光激发后所经历的动力学过程。获得蒽醌类单分子及其在生物基质存在下，各激发态能量、电子组态和激发态之间转移效率等信息，分析光激发后形成的中间态和瞬态中间体，确定有效的弛豫衰变路径，解释分子结构修饰及环境对激发态的性质和弛豫路径的影响，最终揭示不同药物分子的光敏特性差异。该项目的开展将为设计和合成性能更为优良的新型光敏剂提供依据和帮助。

药物可用于预防、治疗、诊断人体疾病，有目的地调节人体生理功能，同时药物的研究与开发对人类生命健康和发展具有重要意义。一些外源性物质（如通过血液传输的药物）与光相互作用会引起机体组织的光敏性或光毒性反应。如果药物与病变组织作用,可以破坏其结构，达到一定的治疗效果。由于机体组织内的光敏药物分子的物理化学性质有较大差异，我们需要深入认识药物分子激发态衰变过程和发生损伤的分子反应机制，在分子层面上研究其中的光物理和光化学过程，揭示这类反应发生的动力学机理。本项目利用超快光谱学方法结合理论计算系统地研究蒽醌类光敏药物的超快分子机制，揭示了激发的蒽醌类反应有两个分离的氧化路径，电子转移过程和抽氢过程，阐明蒽醌类分子内氢键转移和结构扭转的电荷转移机制和影响因素。在蒽醛和氧氟沙星等药物分子体系的研究中确定了电荷转移过程占主导，并测定了电荷转移速率和各个通道的分支比。进一步对于分子间的相互作用进行了研究，结果表明除了氢键相互作用，分子间色散相互作用引起的结构偏好直接影响杂芳香化合物的激发态动力学进程。通过对分子官能团和共轭电子体系相互作用以及溶剂化效应的研究，阐明了影响能量传递和量子产率的各种因素。该项目通过四年的研究共发表22篇文章、2个专利、8篇会议论文，从光物理和光化学角度完整描述光敏药物分子被光激发后所经历的动力学过程，获得蒽醌类单分子及其在生物基质存在下，各激发态能量、电子组态和激发态之间转移效率等信息，经过分析光激发后形成的中间态和瞬态中间体，确定有效的弛豫衰变路径，最终解释分子结构修饰及环境对激发态的性质和弛豫路径的影响。该项目的开展将为设计和合成性能更为优良的新型光敏剂提供依据和帮助。