Desarrollo y estudio de binol-o-bodipys y análogos como colorantes modulables para (bio)fotónica avanzada

Abstract

El empleo de fotones para la consecución de herramientas (fotónica) con mejores o nuevas prestaciones que las basadas en electrones (electrónica) ha demostrado tener aplicaciones en prácticamente todos los ámbitos de nuestra sociedad, desde la medicina (terapia fotodinámica, diagnóstico clínico, cirugía láser, etc.), a las telecomunicaciones (p. ej., mediante fibra óptica), pasando por la industria (corte y soldadura láser, etc.), el medioambiente (p. ej., sensores para la detección de contaminantes) o la seguridad (encriptado de información, etiquetado óptico, etc.). Para avanzar en el desarrollo de herramientas basadas en fotónica es necesario el desarrollo de sistemas con propiedades ópticas mejoradas respecto a los ya existentes y la exploración de nuevas propiedades. Para esto, es necesario profundizar en el conocimiento del comportamiento de los sistemas ópticos y estudiar la posibilidad de modular sus propiedades a la carta, lo que permite diseñar sistemas dirigidos a una aplicación fotónica concreta. Los colorantes orgánicos y, entre ellos, los BODIPYs (boron dipyrromethenes), destacan por sus excelentes propiedades ópticas y por su versatilidad para el desarrollo de herramientas fotónicas. En este contexto, la tesis doctoral versa sobre el desarrollo y estudio de la capacidad de una familia de colorantes BODIPY, los denominados BINOL-O- BODIPYs (i.e., BODIPYs funcionalizados a través de su átomo de boro con un resto basado en BINOL), así como la de ciertos análogos basados en O-BOPHY o C- BODIPY, para modular sus propiedades ópticas (longitudes de onda de máxima absorción y/o emisión, rendimientos cuánticos de fluorescencia, etc.), quiroópticas (p. ej., eficiencia y signo de la luminiscencia circularmente polarizada, CPL) y fotosensibilizadoras relacionadas con la población de estados excitados triplete (p. ej., fotogeneración de oxígeno singlete), mediante manipulación química sencilla de su probabilidad para poblar estados excitados de transferencia de carga intramolecular (ICT) tras su irradiación. En esta tesis se han establecido pautas generales para la modulación óptica y quiroóptica de estos colorantes; para la consecución sencilla de moléculas orgánicas simples con emisión CPL (CPL-SOMs) en el infrarrojo cercano (NIR) y solubles en agua; para la consecución y modulación de estados triplete en BODIPYs sin la participación de metales pesados; y para el desarrollo rápido y sencillo de agentes fototeragnósticos eficientes libres de yodo y metales pesados. Asimismo, se han establecido criterios objetivos para la selección de BINOL-O-BODIPYs vs. BINOL-O-BOPHYs para el desarrollo de colorantes específicos dirigidos a una determinada aplicación (bio)fotónica final, ya sea esta basada en fluorescencia, en generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) o en CPL; y se ha desarrollado una estrategia para la preparación de CPL-SOMs más sostenibles y baratas.