Modeling the potential use of polyfluorinated phthalocyanines as photosensitizers in photodynamic therapy

Abstract

Son yıllarda, aromatik makrosiklik halka içeren ftalosiyanin bileşikleri, fotofiziksel özellikleri ve görünür ışık görüngesinde yakın kırmızı bölgede verdiği yüksek soğurma nedeniyle fotodinamik terapi adı verilen tedavide toksik olmayan fotoalgılayıcı ilaç olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak, ftalosiyaninin fotoalgılayıcı ajan olarak etkiniğini arttırabilecek metal iyonu, substituent etkisi gibi etkenler olabilir. Bu etkenlerin büyük ölçüde uyarılmış hal özelliklerine, ve bunun sonuncunda, ftalosiyaninin hücrelerin tahribatından sorumlu singlet oksijeninin aktivasyonuna eğilimini de etkilemektedirler. Fotofiziksel özelliklerin teorik incelenmesi singlet oksijen meydana getirme becerisi hakkında ön ipucu elde edilmesini sağlayabilir. Bu çalışmada, $/omega$B97XD/6-311G**//B3LYP/6-31G* teorisi seviyesinde Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi ve Zamana Bağımlı Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi kullanılarak, pentaflorobenziloksi- substitüe ve onlarin sübstitüentsiz versiyonlarının optik özellikleri incelenmiştir. Dinamik etkilerin dahil olduğu soğurma ve yayınım spektrumlarını elde edebilmek için, temel hal ve uyarılmış hal geometrilerinden örnekler alınarak Wigner Dağılımı kullanılmıştır.

In recent years, phthalocyanine compounds which possess an aromatic macrocyclic ring, have been extensively used in photodynamic therapy as non-toxic photosensitizers due to their photophysical properties and their intense absorption in the near infrared region of the visible spectrum. However, there may be predominant factors such as metal ion, substituent effects that enhance the efficiency of phthalocyanines as photosensitizers and they have considerable influence on the excited state properties, electronic spectra, intersystem crossing probability. They ultimately determine the phthalocyanine propensity to activate the singlet oxygen which is held responsible for cell death. A theoretical evaluation of photophysical properties could give preliminary hints about the singlet oxygen generation ability. In this study, Density Functional Theory (DFT) and Time Dependent Density Functional Theory (TDDFT) at $/omega$B97XD/6-311G**//B3LYP/6-31G* level of theory has been used to elucidate the optical properties of pentafluorobenzyloxy- substituted phthalocyanines as well as of their unsubstituted analogues. To achieve the dynamic effects in absorption and emission spectra, Wigner Distribution has been used by sampling the excited state and ground state geometries.