Sensores supramoleculares bicromofóricos basados en estructuras pseudopeptídicas

Resum

Introduccción La presente tesis trata de la preparación de nuevos sistemas bicromofóricos capaces de reconocer especies en el contexto biológico. Se divide en cinco capítulos cuyo contenido se resume en los siguientes párrafos. El primer capítulo es una introducción general donde se revisan aspectos importantes de la Química Supramolecular, compuestos pseudopeptídicos y sensores fluorescentes. Éstos se presentan junto con una serie de ejemplos seleccionados para aplicaciones concretas descritas en la literatura. El Segundo capítulo describe la preparación y evaluación de una familia de compuestos pseudopeptídicos bicromofóricos para la detección de pH basados en la combinación de antraceno y con tres fluoróforos distintos. Entre los nuevos compuestos fue posible identificar un sensor ratiométrico de pH que ha demostrado tener aplicación biológica. En el tercer capítulo se estudia una familia de diadas antraceno-BODIPY. Estas diadas presentaron capacidad para señalizar los cambios de pH, con una sensibilidad determinada por la naturaleza del espaciador alifático entre cromóforos. Los estudios preliminares revelaron también sensibilidad de las nuevas diadas hacia otras especies de interés como el catión Cu (II) y el anión cloruro. El cuarto capítulo presenta la síntesis de ligandos pseudopeptídicos monocromofóricos los cuales por combinación con quantum dots (QDs), nanocristales semiconductores con fluorescencia intrínseca, permitieron la preparación de un nuevo tipo de sistemas bicromofóricos: materiales híbridos QDs-ligando pseudopeptídico. En el quinto capítulo se evaluó la habilidad de los ligandos pseudopeptídicos monocromofóricos previamente preparados para el reconocimiento de aniones con el fin de expandir su rango de aplicación. Los ligandos fueron capaces de señalizar la presencia de cloruro y bicarbonato. Además presentaron la habilidad de distinguir entre aniones básicos en función de la basicidad que los caracteriza. Metodología En cada capítulo se han diseñado familias de compuestos fluorescentes atendiendo a unos objetivos concretos tras lo cual se ha procedido a su síntesis y caracterización. Una vez confirmada la obtención de los compuestos mediante las técnicas de caracterización estructural habituales se ha realizado una caracterización fotofísica completa de los mismos para determinar las propiedades ópticas que los caracterizan. Conocidas sus propiedades ópticas, se ha estudiado la variación de las mismas en presencia de distintas especies de interés para probar la validez de los nuevos compuestos como sensores fluorescentes. El cambio en las citadas propiedades ópticas es el que informa de si existe reconocimiento y señalización de los analitos considerados. En particular las técnicas de emisión de fluorescencia han sido las más ampliamente utilizadas debido a su mayor sensibilidad. Al disponer de familias de compuestos relacionados ha sido posible seleccionar de cada grupo el compuesto que presenta mejores propiedades para la señalización de la especie deseada, es decir el que permite una detección selectiva y con mayor sensibilidad. Conclusiones Los compuestos bicromofóricos basados en la subestructura aminometil-antraceno experimenta procesos EERT desde el antraceno al segundo fluoróforo. Ahora bien, estos procesos compiten con la desactivación del antraceno mediante un mecanismo PeT. Por lo tanto la respuesta fluorescente final es el resultado de una combinación de procesos EET y PeT. La existencia de procesos EET dio lugar a compuestos con un desplazamiento de Stokes mejorado abriendo la puerta a su uso en medio biológico. Todos estos compuestos indican los cambios de pH a través de distintas variaciones en su respuesta fluorescente. Así, se pueden distinguir dos posibles situaciones. Por una parte, los compuestos cuya respuesta fluorescente corresponde solamente al segundo grupo fluorescente, esto es los derivados de BODIPY. Por otra parte, aquellos en los que la respuesta fluorescente es la combinación de la emisión de los dos cromóforos, destacando la combinación antraceno-dansilo que permite llevar a cabo medidas ratiométricas. En todos los casos el mecanismo de señalización de protones está basado en la protonación de la amina próxima al antraceno. Si bien los derivados de BODIPY presentan las típicas curvas de valoración asociadas a los sensores basados en el mecanismo PeT, las propiedades ácido base del dansilo dieron lugar a una curva de pH con forma invertida. Los derivados de antraceno-BODIPY presentan distinta fluorescencia en función del espaciador empleado entre ambos cromóforos, siendo el que contiene el espaciador rígido el compuesto más idóneo para ser empleado como sensor de pH. Este compuesto también puede discriminar Cu(II) en presencia de otros interferentes. Los ligandos pseudopeptídicos monocromofóricos fueron capaces de señalizar la presencia de distintos aniones. Para los aniones no básicos, se produce la coordinación del anión al receptor mientras que los aniones básicos producen la desprotonación de los mismos en el grupo sulfonamida. La basicidad de los aniones produce distinto grado de desprotonación en los receptores los cual a su vez es la causa que explica la desactivación de la fluorescencia. Por lo tanto el distinto grado de quenching de la emisión permite diferenciar los aniones en función de su basicidad. Los ligandos pseudopeptídicos monocromofóricos también resultaron ser útiles como materiales recubrientes para la preparación de QDs modificados con buena estabilidad coloidal. La modificación consiste en la interdigitación de los nuevos ligandos fluorescentes con los ligandos hidrofóbicos que estabilizan a los QDS. El factor que dirige la formación de los sistemas híbridos QD-ligando pseudopeptídico es el autoensamblaje de las cadenas alifáticas de ambos tipos de ligandos debido a la existencia de fuerzas de Van der Waals. La adsorción de los ligandos fluorescentes sobre los ligandos orgánicos estabilizadores de los quantum dots se pudo ajustar al modelo de Langmuir. Bibliografía V. Balzani, Photochem. Photobiol. Sci. 2003, 2, 459-476; J. F. Callan, A. P. de Silva, D. C. Magri, Tetrahedron 2005, 61, 8551-8588; K. Rurack, Spectrochim. Acta A 2001, 57, 2161-2195; T. Gunnlaugsson, H. Ali, M. Glynn, P. Kruger, G. Hussey, F. Pfeffer, C. G. dos Santos, J. Tierney, J. Fluoresc. 2005, 15, 287-299; R. Parkesh, T. Clive Lee, T. Gunnlaugsson, Org. Biomol. Chem. 2007, 5, 310-317. R. Martínez-Máñez, F. Sancenón, J. Fluoresc. 2005, 15, 267-285; L. Fabbrizzi, M. Licchelli, G. Rabaioli, A. Taglietti, Coord. Chem. Rev. 2000, 205, 85-108