Nuevos sistemas de colorantes orgánicos para aplicaciones láser y biofotónicas

Resumen

La presente Tesis Doctoral titulada NUEVOS COLORANTES ORGÁNICOS PARA APLICACIONES LÁSER Y BIOFOTÓNICAS está dirigida al diseño y síntesis de nuevos sistemas basados en colorantes orgánicos, principalmente BODIPYs, con propiedades fotofísicas optimizadas para su aplicación como láseres. Los complejos dipirrometano BF2, o BODIPYs, constituyen un área de investigación emergente, debido a sus buenas y fácilmente modulables propiedades fotofísicas y a sus numerosas e importantes aplicaciones, dentro de las cuales se enmarca esta Tesis Doctoral. La Memoria consta de una introducción general y un breve resumen de los antecedentes más relevantes relacionados con los objetivos de la misma. Seguidamente, se recogen los aspectos claves planteados en este trabajo, la estructura de la Memoria y las técnicas empleadas para su desarrollo. A continuación, se divide la Tesis en cinco capítulos, recogiéndose en los cuatro primeros una serie de artículos publicados sobre los resultados obtenidos, y en el cuarto también se recoge parte del trabajo de investigación pendiente de publicación. Finalmente, en el quinto capítulo se resume el trabajo desarrollado en la estancia pre-doctoral realizada en la Universidad de Guanajuato, México, bajo la dirección del Prof. Peña Cabrera. El Capítulo 1 consiste en una recopilación de tres artículos en los cuales se describe el diseño y síntesis de una serie de nuevos colorantes halogenados sencillos y la evaluación de sus propiedades fotofísicas y de sus aplicaciones. A través de reacciones de sustitución electrófila aromática en diferentes cromóforos comerciales, BODIPYs, perilenos, cumarinas y rodaminas, se han logrado obtener nuevos colorantes fluorados con mayor fotoestabilidad y emisión láser que sus precursores no fluorados. En los otros dos artículos se detalla la halogenación selectiva de BODIPYs, lo que ha permitido obtener cloro- y yodo-BODIPYs mono-, di- y polihalogenados. Estos haloBODIPYs, además de ser versátiles precursores sintéticos, han resultado ser eficientes láseres de colorante, derivados clorados, o excelentes generadores de oxígeno singlete, derivados yodados, con posible aplicación en TFD. En el Capítulo 2 se detalla la síntesis de tres nuevos colorantes BODIPY, con emisión en la zona roja del espectro. Estos nuevos cromóforos presentan una emisión láser en torno a 620 nm y una fotoestabilidad superior a la de otros colorantes comerciales con emisión en la misma región espectral. El Capítulo 3 consta de dos artículos, en los que se aborda la síntesis de nuevos O- y E-BODIPYs mediante la introducción de diferentes grupos carboxilatos y acetilenos, respectivamente, en el átomo de boro de una serie colorantes comerciales. Estos nuevos derivados presentan una fotoestabilidad y emisión láser muy superior a sus precursores tanto en líquido como incorporados en matrices poliméricas, lo que potencia su uso en diferentes aplicaciones. Seguidamente, en el Capítulo 4 se trata la síntesis de una serie de cassettes con absorción pancromática y alta eficiencia láser, por combinación, en una misma molécula, de varios colorantes orgánicos como perilenos, cumarinas y BODIPYs. De esta forma, se han sintetizado sistemas multicromofóricos que, tras excitación a 355 nm, presentan una mejor fotoestabilidad y emisión láser en la región roja del espectro que algunos colorantes comerciales empleados como referencia en esa región. Además, la disposición ortogonal entre los fragmentos de BODIPYs que forman uno de los complejos multicromofóricos, permite que dicho sistema presente un comportamiento dual, pudiendo utilizarse como sonda fluorescente y generador de oxígeno singlete. El trabajo desarrollado tiene un carácter marcadamente multidisciplinar y no hubiera sido posible sin la colaboración de otros grupos de investigación de los profesores Santiago de la Moya Cerero, Iñigo López-Aberloa, Jorge Bañuelos Prieto, Eduardo Peña-Cabrera, Norman A. García y el Dr. José Luis Chiara.