La reducción de los grupos nitro en L1, L5, L4 y L9 condujo, como se ha dicho ya, a los compuestos L3, L7, L8 y L10 respectivamente. Éstos presentan la agrupación
TMB y por tanto son fluorescentes. Berlman128 estableció en 1970 que existía una
relación entre las propiedades fluorescentes de derivados de bifenilo y el ángulo diedro formado por los dos anillos aromáticos. Esta dependencia conformacional de la emisión se ha utilizado en el diseño de diferentes quimiosensores fluorescentes.129,130
Los ligandos preparados por nuestro grupo pueden modificar su conformación por rotación alrededor de sus anillos aromáticos. Además, poseen un número variable de átomos de nitrógeno que pueden modular la complejación del metal de transición. Por ello se llevaron a cabo numerosos experimentos seguidos por espectroscopia de emisión de fluorescencia para estos ligandos.
IV.3.1. CARACTERÍSTICAS FOTOFÍSICAS DE LOS LIGANDOS
Se decidió en un principio, estudiar las características fotofísicas de los ligandos preparados y llevar a cabo su comparación con las del sistema base TMB.
Los espectros de UV de estos ligandos en CH3CN mostraron máximos de
absorción a 290, 280, 295 y 294 nm para L3, L7, L8 y L10 respectivamente (tabla IV.5). Todos los ligandos mostraban un claro desplazamiento hipsocrómico con respecto a la TMB (λmax = 310 nm). Este desplazamiento hacia el azul, parece estar
relacionado con la pérdida de la extensión de la conjugación de los anillos en el bifenilo debida a una reducción en la coplanaridad de los mismos.
128 I.B. Berlman, J. Chem. Phys., 1970, 52, 5616.
129 S.A. Mc Farland, N.S. Finney, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 1260. 130 S.A. Mc Farland, N.S. Finney, Chem. Commun., 2003, 388.
Cálculos teóricos131 de modelización realizados tanto para la TMB como para el
resto de ligandos indicaron valores de 38.7, 56.9, 74.9, 63.3 y 57.1º para TMB, L3, L7,
L8 y L10 respectivamente para el ángulo diedro. Estos valores estaban de acuerdo
con la hipótesis de una disminución de la coplanaridad indicada anteriormente.
Los valores obtenidos pueden explicarse por la presencia de sustituyentes en las posiciones 2,2’ que introducen efectos estéricos de repulsión y, en el caso de L7, por un enlace de hidrógeno intramolecular.
Tabla IV.5: Parámetros de la absorción de UV y la emisión de fluorescencia en disolución de CH3CN.
λexc para TMB = 310 nm y λexc para L3, L7, L8 y L10 fue 340 nm. El error estimado para el valor de tiempo medio de vida (τ) fue ± 0.2 ns. Los rendimientos cuánticos (φ) se determinaron utilizando sulfato de quinina en H2SO4 (1M) como patrón, y la incertidumbre asociada fue ± 20%.
Ligando λabsorción (ε /cm-1M-1)/nm λemisión /nm φ τ /ns TMB 310 (34668) 401 0.043 11.6 L3 290 (18180) 482 0.041 2.0 L7 280 (15338) 473 0.035 3.1 L8 295 (23059) 483 0.035 2.1 L10 294 (27306) 478 0.041 2.3
Las propiedades fluorescentes de los ligandos preparados también presentan modificaciones claras, respecto a las de la TMB, que están de acuerdo con las observaciones hechas para la absorción en el UV respecto a la relación entre emisión y ángulo diedro.128,132
El espectro de emisión de fluorescencia presentaba un máximo que, en todos los casos (482, 473, 483 y 478 nm) estaba a mayor longitud de onda que el de la TMB (tabla IV.5). Posiblemente, en el estado excitado se daría un PCT (ver apéndice A, pág. 240) entre el nitrógeno del dimetilamino y el carbonilo del anillo adyacente con un elevado momento dipolar (estado LE). Este elevado momento dipolar, polarizaría las moléculas de disolvente cercanas, lo que rebajarían la energía del estado S1 (estado
ICT). En el caso de la TMB, al no contar con ningún grupo electrón-atrayente, este PCT tendría un momento dipolar mucho menor y por tanto, el efecto de estabilización por el disolvente se daría en menor extensión y así la diferencia energética entre S1 y
S0 sería mayor (fig. IV.6).
131 La optimización de la geometría se realizó por Mecánica Molecular, utilizando MMX como campo de
fuerza incluidos en el programa PcModel para Windows versión 8.00.1, 14 junio 2001, Serena Software (www.serenasoft.com).
128 I.B. Berlman, J. Chem. Phys., 1970, 52, 5616.
E
estado LE S1 S0 D D A A D A + - + - + - + - + - + - + - D D A A + - + - + - + - + - +- + -Figura IV.6: Relajación de un estado excitado en el que se da una PCT por las moléculas de disolvente.
Los rendimientos cuánticos y tiempos medios de vida también están reflejados en la tabla IV.5.
IV.3.2. EFECTO DE LA PROTONACIÓN
Dado que los ligandos preparados son aminas, parecía lógico estudiar el comportamiento de la fluorescencia en diferentes condiciones ácido-base.
La TMB presenta una baja basicidad y por esta razón se usó un ácido fuerte (ácido trifluoroacético) para protonarla. Al adicionar este ácido se produjo un apreciable desplazamiento hipsocrómico en el espectro de emisión (de 401 a 373 nm), acompañado de una disminución en el rendimiento cuántico (fig. IV.7.a).
Ácidos más débiles (como el ácido cítrico), no fueron capaces de protonar los grupos dimetilamino, y no se produjo ninguna modificación en el espectro de emisión en presencia de un exceso de este ácido como era de esperar.
De igual forma, la fluorescencia del compuesto L10, preparado para ser usado como control en los experimentos de complejación, no ve veía afectada por la presencia de ácido cítrico (fig. IV.7.b). Lo que era lógico ya que el grupo amida tampoco debía protonarse en este medio con esta fuerza ácida.
Figura IV.7: Espectros de fluorescencia bajo condiciones neutras y ácidas a 20ºC en acetonitrilo. (a) TMB y TMB + ácido trifluoroacético (TFA): λexc=310nm, la concentración inicial de TMB fue 6.37·10-7 M. Se
añadió TFA en un gran exceso. (b) Compuesto patrón L10 and L10 + ácido cítrico: λexc=340 nm, la
concentración inicial de L10 fue 4.73·10-6 M, la concentración final de ácido cítrico fue 4.25·10-4 M (c) L3 y L3 + ácido cítrico: λexc=340 nm, la concentración inicial de L3 fue 5.92·10-6 M, la concentración final de
ácido cítrico fue 6.39·10-5 M (d) L8 y L8 + ácido cítrico: λexc=340 nm, la concentración inicial de L8 fue
4.90·10-6 M, la concentración final de ácido cítrico fue 2.39·10-4 M.
Por otra parte, L3 y L8 en presencia de ácido cítrico sufrían un sustancial amortiguamiento de la fluorescencia (alrededor del 70%) (fig. IV.7.c y IV.7.d), mucho mayor que para L7 en las mismas condiciones (20%).
Una explicación para este hecho, sería la formación de un enlace de hidrógeno intramolecular, en las condiciones ácidas de trabajo. La presencia de una interacción por enlace de hidrógeno entre el grupo carbonilo de una de las cadenas y un grupo amino protonado en la otra podría influir en el ángulo diedro y bloquear el sistema en una conformación más rígida susceptible de una desactivación no-radiativa y que rebajase este modo la intensidad de emisión.
El mismo razonamiento explicaría los resultados obtenidos para el ligando L7. La presencia de un grupo amida monosustituida en el ligando L7, puede producir un enlace de hidrógeno permanente entre este hidrógeno y el oxígeno del grupo carbonilo de la rama opuesta. El ligando, de esta forma, ya contaría con una estructura rígida con un ángulo diedro fijo entre ambos anillos aromáticos, y por ello la protonación solamente induciría pequeñas variaciones en su geometría a diferencia de las grandes modificaciones que se producían en L3 y L8.
Long. Onda (nm) 0 20E+05 40E+05 60E+05 80E+05 350 400 450 500 550 600 Int e nsidad 0 20E+05 40E+05 60E+05 80E+05 350 400 450 500 550 600 Long. Onda (nm) Int e nsidad 0 20E+05 40E+05 60E+05 80E+05 350 450 500 550 600 Int e nsidad 0 20E+05 40E+05 60E+05 80E+05 350 400 450 500 550 600 Long. Onda (nm) Int e nsidad TMB TMB+TFA (a) (c) 3 L3 + Ac. Cítrico 8 L8 + Ác. Cítrico (d) (b) L10 + Ác. Cítrico 10 400 Long. Onda (nm)