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Tesis de Posgrado

Síntesis de Ftalocianinas sustituidasSíntesis de Ftalocianinas sustituidas: Estudio de sus propiedades: Estudio de sus propiedades

fotofísicas y fotoquímicasfotofísicas y fotoquímicas

Fernández, Daniel Adrián

1996

Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en CienciasQuímicas de la Universidad de Buenos Aires

Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la BibliotecaCentral Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe seracompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente.

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Cita tipo APA:

Fernández, Daniel Adrián. (1996). Síntesis de Ftalocianinas sustituidas : Estudio de suspropiedades fotofísicas y fotoquímicas. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidadde Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_2870_Fernandez.pdf

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Fernández, Daniel Adrián. "Síntesis de Ftalocianinas sustituidas : Estudio de sus propiedadesfotofísicas y fotoquímicas". Tesis de Doctor. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.Universidad de Buenos Aires. 1996.http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_2870_Fernandez.pdf

UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRESFACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS

Y NATURALES

Síntesis de Ftalocianinas Sustituidas.Estudio de sus Propiedades Fotofísicas

y Fotoquímicas

Autor:Daniel Adrián Fernández

Directoras de Tesis:

Dras. Josefina Awruch y Lelia E. Dicelio

Lugar de trabajo:Grupo de Fotoquíinica

Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química FísicaFacultad de Ciencias Exactas y Naturales

Universidad de Buenos AiresPabellón 2 Ciudad Universitaria Buenos Aires

Tesis presentada para optar al título (leDoctor de la Universidad de Buenos Aires

-1996­

¡2870\

¿3-1,

>00...OOO...OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOÓOOOOOOOOOOOOOOOOO

Síntesis de ftalocianinas sustituidas.Estudio de sus propiedades fotofísicas y fotoquímicas.

Resumen:

Se sintetizaron y estudiaron cuatro fotosensibilizadores de potencial aplicack’men tera­pia fotodinamica: tetra-t-butilltalocian¡nato Zn (ll), tetrakis-(l,l-diinetil-Z-flMiInido)etil­l'talocianinato Zn (ll), tetrakis-(l,1-dimetil-2-amino)eti|ftalocianinato Zn (ll) y tetrayodu­ro de.tetrakis-( l ,l-dimetil-2-trimetilamonio)etill'talocianinato Zn (ll) en medio homogéneoorgánico y acuoso.

Se.determinaron las constantes de dimerización y los espectros de monómero y dl'mero.Se midieron los rendimientos cuánticos de lluorescencia, triplete y de formación (le oxígenosingulete, y se realizó la caracterización lotoh'sica del estado triplete para los colorantes.Los parametros obtenidos de las mmliciones l'ueron evaluados teniendo en cuenta los re­sultados de la agregación.

Palabras clave: agregación, amino ltalocianina de zinc, t-butil ltalocianina de zinc, [talo­cianina catiónica de zinc, Íluorescencia, laser llash lotólisis, optoacústica, lotosensibiliza­dor, l'talimido l'talocianina de zinc, ftalocianina, síntesis de ftalocialiinas, oxígeno singulete,losl'orescencia de oxígeno singulete.

Synthesis of substituted phthalocyanines.Photophysical and photochemical studies.

Abstract:

¡our potential photosensitizers lor photodynamic therapy: tetra-t-butyl phthalocya­ninato Zn (ll), tetrakis-(l,l-dimethyl-2-phthalimido) ethylphthalocyaninato Zn (ll), andtetrakis-(l,l-dimethyl-2-amino) ethylphthalocyaninato Zn (ll), and tetrakis-(l,l-dimethyl­2-trimethylammonium) ethylphthalocyaninato Zn (ll) tetraiodide, have been synthesizedand studied ¡n homogeneous organic and aqueous media.

Dimerization constants and monomer and dimer spectra have been determined. Fluo­rescence, triplet, and singlet oxygen quantum yields were measuer and the photophysicalcharacterization of the triplet state was performed lor the dyes. 'l‘he parameters obtainedfrom these measuremenls were evaluated in connection with the aggregation results.

Keywords: aggregation, amino zinc. phthalocyanine, t-butyl zinc phthalocyanine, cationiczinc phthalocyanine, Íluorescence, laser flash photolysis, optoacoustics, photosensitizer,phthalimido zinc, phthalocyanine, phthalocyanine, phthalocyanine synthesis, singlet oxy­gen, singlet oxygen phosphorescence.

Parte del trabajo experimental y de los resultados obtenidos en esta tesishan dado lugar a las siguientes publicaciones:

“Synthvsis and I’roporljvs ol"l‘w0 Now N-Alkyl SubstitutodPIIÍVIIIUCYHIIÍII(‘S”.Daniel A. Fernández, lmlia IC.Dicolio, and Josefina. Awruch.

.I. II('!('r()('_1/r'li(' (710111.,32:519-522, 1995.

“I’llolnphysical and AggrogalviouStudios of l.-Bul.yI-Substitutvd '/,nPhthalocyan¡nos’ . Daniel A. Fernández, Josefina. Awrucll, and Lolia IC.Dicelio.I’lwlm'hrm. I’holnbíol., 63:784-792, ¡996.

’

.00...O...OOCCOCOOOOOÓOOOÓOOOOOOOOÓÓÓOOÓOOOOOÓCOOÓ

A mis I’adrm,HI primeros HHH‘SU'OS.

Agradecimientos:

a Dios, por todo.

mi esposa Adriana, por su amor, y por su compañía. y ayuda. en distintos momentos dea:

este trabajo.

. mi hermano y a mis amigos no químicos, por rescatarme de la.abstracción y del racio­n. .—

nalismo con sus corazones abiertos.

a mis directoras de tesis, por su apoyo y comprensión.

'. mis compañeros del (lrupo de Fotoquímica, por lo que me enseñaron, por las enrique.­.g

cedoras discusiones, por los consejos y por su afecto.

a. mis compañeros del Departamento de Química. Inorgánica, en especial a. los del grupode. 'l‘ermodinamica y de Química. 'l‘eórica, por la. ayuda que. muchas veces me. otor­garon, por los buenos momentos compartidos; y por los malos, de los que tambiénse aprende.

a, mis compañeros del I)epa.rta.mento de Química. Orgánica, en especial a. Oscar Moradeiy Jose Kovensky, por la. gran ayuda. que me brindaron en los comienzos de estetrabajo, cuando en nuestro laboratorio prácticamente se carecía. de recursos para.realizar síntesis organica.

¡J (lnstavo l’eltzer, por su amistad y por despertar en mí el interes por la.electrónica.

Jorge. Bruno, por sus constantes clases de. computación.A.,_..

a Alejandro Dolina. por permitirme utilizar uno de sus escritos como l’rólogo de la. tesis.

a. los que no nombro porque sería. necesaria una. lista verdadtn'amente interminable, porlo que correspomla.

Ifumíantv (le una ¡dm quo nunca le lragás,(’sa gran zanahoria que tr murslra papá.¡(r'mínlas veces (farra y no le pam/0 alcanzar!Yo me pongo la uniforme y nos mc (las (lemor/ar. . .

¿QUÉ mas"?

¿Qur’ ¡ws cuando 1m- (ws?(Tamuín la nwnlira (rs la m'rrlml. . .

Divididos.

PREFACIO

La ciencia en Flores

Los Refutadores de Leyendas han sostenido siempre que toda la Naturaleza. puede expre­sarse en terminos matemáticos. l,o poco que queda fuera no existe.

Así, esta comparsa racionalista se lia esforzado, utilizando cifras, vectores y logaritmos,en representar cosas tales como el tango ls'lentra-ritmo o los celos de las novias de la calleArtigas.

Cuando fracasaban, simplemente declaraban superstición lo que no conseguían encua­drar en sus estructuras científicas.

Existl'a un minucioso catálogo de cosas inexistentes que se actualizaba cada año.Allí figuraban los sueños, las esperanzas, el hombre de la bolsa, el alma, el ornitorrinco,

el catorce de espadas, el Ángel Gris de Flores, el gol de Ernesto Grillo a los ingleses, lagenerala servida y la angustia.

Otra publicación venerada fue el desmesurado libro (ln amor así (le grande, resultadodel afán de medirlo todo. En este trabajo no sólo se otorga. valores numéricos a los colores,aromas y formas, sino también a las sensaciones espirituales más sutiles.

A lo largo de cien capítulos se establece la cantidad de adrenalina que produce nnindividuo antes de ser vacunado, el volumen que alcanzan las lágrimas de una. madre a lolargo de su vida, la cantida. de cera. que lleva en sus oídos el conjunto de habitantes de laciudad de Buenos Aires (suficiente al parecer para lustrar todos los pisos del edificio deObras Sanitarias), y la energia que se consume en un suspiro.

Algunos datos producen indignación en las almas sencillas: para esta gente la novelaMadame Bovary consiste en una mezcla de medio kilo de papel y un cuarto litro de tinta.Los elementos quimicos que componen al hombre, son descriptos puntualmente con suprecio en las farmacias de la zona. De este modo se llega a la. conclusión de que masbarato resulta un señor robusto que un velador.

No hace falta indicar el gran éxito obtenido por esta curiosa forma de evaluar el uni­verso. Constantemente podemos oír en la radio las declaraciones de brillantes deportistasque manifiestan hallarse en un setenta. y cinco por ciento, vaya.a saber de qué. Los chicospreparan tablas de posiciones en las que dan a entender que quieren primero a su madre,despues a su padre, en tercer lugar asu abuela y en el cuarto Ñlejos- al tío Julián. Losboletines de calificaciones no son otra cosa que la versión escolar del pensamiento de losRel'utadores. Aquí la descripción de la conducta de un alumno que no lia estudiado su lec­

ll Prefacio

ción, se reduce a un redondo cero. l’or el contrario, un estudiante talentoso y perseveranleserá premiado no con un cariño ni con una l'rase estimulante, sino con un diez.

No se sabe si los Relutadores (le Leyendas escribían cartas de amor, pero no seríaextraño que sus mas tiernas declaraciones consistieran en graficos representativos del pro­greso de sus sentimientos.

'l‘odo este. arrebato cientilicista no pudo menos (¡ue causar la. repugnancia de los llom­bres Seusibles de Flores, que conÍiaban mas en las corazouadas que en la razón.

(Ïomo siempre ocurre, los excesos racionales generan desaloradas rebeliones romanticas.l’ero en el barrio de Flores esa rebelión no se manifestó únicamente a traves del arte, sinoque tuvo lugar sademás- en el propio terreno cientifico.

La Sociedad de (Ïieulilicos Sentimentales nació gracias al impulso del profesor Aurelio(7. l-‘rascarelli, quien harto de la deslmmanizacióu de las disciplinas científicas resolvióponerle un poco de sangre al l'río mundo de las raíces cuadradas y las cotangentes.

lete pensador delirante l'undó la.sociedad antedicha. y editó un Manual (le Ingreso quemmca se supo si era un libro de texto o una colección de intentos poeticos.

Las primeras innovaciones del manual son módicas. Se reducen a una redacción masemotiva de los problemas de regla de tres compuesta. 'l'ranscribimos uno de ellos:

Problema M: I)occ hombrcs tristes tropieza". cn un mio con ciento seis dc­scnguños. No se conocen ('Hh'f‘sí, pero sufren. (lc un modo porn-ido. Preguntoenlonr es. ¿Cuantas desengunos padecer-anocho hombres tnstes en.sets meses.

Como se ve, lo novedoso consiste únicamente en reemplazar hortalizas por desengaños,y en ciertas declaraciones innecesarias, como el mutuo desconocimiento y la tristeza deestos hombres. l’ero conforme se avanza en la lectura. del Manual se encuentran cosasmas audaces. l'Íl Problema [87 es practicamente una. novela corta. l,a. descripción psi­cológica del protagonista un comerciante poco escrupuloso está. bastante bien lograda.llay personajes laterales (un cuñado que busca un tesoro oculto) y una. divertida pinturacostumbrista de un almacen de barrio. La pregunta. linal (“¿/l cuánto deberá vender el kilo(lc nrroz?") resulta insignificante al lado de otros interrogantes que no están escritos, perosí sabiamente sugeridos por el profesor l‘raScarelliz ¿Tiene sentido la vida? ¿llay algúnpropósito en el universo? ¿Cumplimos sin saberlo con algún plan divino o diabólico?

A partir de la mitad del libro, el autor empieza a toma.r partido arbitrariaIm-nte enarduas cuestiones matemáticas. Paralelamente se incorporan juicios ("ticosen la explica­ción de teoremas y postulados. Se liabla entonces de |mralelepipedos atorrantes, de esl'erastraidoras, de ángulos aburridos y llega a decirse que el trapezoide es una ligura que nomerece ser tomada en serio.

Las cuestiones biológicas son en el Manual (lc Ingreso verdaderas fantasías. La vidadel paramecio es un cuento de terror y l’rascarelli llega. a afirmar que la.amebas son muyguardianas y fieles asus amos.

La actividad de los Científicos Sentimentales no se. reducía a la difusión (le Manual.l'Ju los años de. oro del barrio de Flores, muchos maestros románticos dieron clase en unaacademia privada de la calle (Ïondarco. Los alumnos padecian la misma locura que losprofesores. (lada vez que se realizaba algún experimento en el gabinete de química, los

iO..0.000......00OOOOOOOOOOOOOOOOOOOCOOOOOOOOOOOOO

jóvenes salían corriendo aterrorizados, mientras gritaban “cosa (lc Mandinga’b “el Diablo(¡mln suelto".

l'Ïl propio Frascarelli dirigía un grupo de investigación cuyos métodos provocaban elescándalo de los Refutadores. Creian, por ejemplo, en la búsqueda de la.casualidad. Estecriterio podría escribirse así: sabiendo que muchos grandes descubrimientos se realizaroncasualmente, parece una buena idea disimular el verdadero propósito de la investigación.Así cuando se quiere encontrar una estrella, se busca un microbio. Los resultados nofueron muy espectaculares, si bien Frascarelli se jactaba. de haber hallado un especificoque combatía el mal aliento, mientras buscaba la piedra. filosofal.

Cn ocasiones, los cientificos soñadores acudían a la búsqueda empírica y tomabanfrascos de untura blanca, para Ver que ocurría. Estas experiencias se anotaban en unacuaderno que lla sobrevivido a la Sociedad y en el que se refieren más de mil quinientaslocuras que van desde comer pólvora hasta arrojarse al vacío desde diferentes alturas paraestablecer los daños físicos y morales que, más allá.de los cuatro metros, solían traducirseen la muerte lisa y llana.

llay que decir que aunque sus logros fueron pequeños, los propósitos de la,Sociedad notenían límites. Durante años trataron de hacer algún milagro. lluscaron la esmeralda quecura todas las enfermedades, el elixir de de la eternajuventud, el polvo de Perlimpimpim,el jarabe del amor eterno y la llave de la sabiduría. Discutieron sobre la cuadratura delcírculo y la. inmortalidad del cangrejo y trataron de volver al pasado y visitar el futuro.

Todos saben que en el barrio del Ángel Gris se destilaba el vino del olvido y el licordel recuerdo. 'l‘ambién se conocen perfectamente sus efectos y propiedades. Al parecer, loque mataba era la mezcla.

Algunos mentirosos pretenden que estas maravillas fueron creadas por los CientíficosSentimentales. Nada. mas falso. I'll vino fue obra de los Amigos del Olvido, un club queproponía la abolición del pasado. Y el licor es —sinduda ninguna-Ñ un hallazgo de ManuelMandeb, el polígrafo de Flores.

Tal como es facil sospechar, los científicos romanticos fueron derrotados por la prédicaincesante de los Refutadores de Leyendas.

lloy todo el mundo rinde culto a la Ciencia Pura. Y se da una ilustre paradoja: losRefutadores no han hecho más que reemplazar las viejas leyendas por otras nuevas, nmchopeores.

Los arquitectos razonables podran dudar de la existencia del alma, pero suscribiráncualquier teoría sobre el átomo, los neutrones y los protones, con la mayor elgrl'a.

No importa. si no entienden estas teorias. En realidad “como dice Sábato- el pensa­miento científico parece tener mayor poder cuanto menos se lo comprende.

Por eso se suele decir:

—¡Que' bien que habla este hombre...’ N0 alcanzo a entender ni una sola (le suspulabms.

Cuando un racionalista se pone supersticioso, no hay quien lo gane.'l‘odo parece indicar que el futuro pertenece a. los Refutadores de Leyendas. Tal vez

por eso los miembros de esta entidad “la única que queda de las que existieron en los añosdorados- se muestran tan optimistas con respecto a lo que vendrá.

1V Prefacio

'I‘odos los adoradores del progreso nos pintan nn porvenir lleno de veredas móviles (¡nenos evitarán el esfuerzo de caminar, con maquinas invictas, con ríos doinados y vehículoscada. vez mas veloces.

A las almas sencillas, Ia.descripción de estos espantosos mecanismos les parece algodiabólico.

Porque en este proyecto de aparatos infalibles y formidables fuentes de energía noparece existir la.nienor preocupack’m por responder algunas de las preguntas que el profesorFrascarelli supo insertar en sn memorable Problema {87.

La Sociedad de Científicos Sentimentales era una locura. l’ero tal vez hace falta nn

poco de locura. entre tanta exactitud y precisión.Serán buenos los cálculos y los teorcmas inexpngnables, si es que se aplican a. rolnbos,

ángulos y cubos. l’ero empiezan a. fallar cuando se trata. de personas.Y a lo mejor esto constituye Ia. más grande virtud del hombre, sn toque divino. I'II

último de los atorrantes de Flores es mas interesante que una. estrella, solamente porquesn con)portainiento no es previsible.

Nada de esto significa que debemos renunciar a la,ciencia y sn arsenal. Que se siganinventando licuadoras y tónicos contrael catarro. Dos más dos son cnal ro. Los Refntadoresde Leyendas tienen razón. I’ero nada más (¡ne eso: razón.

A nn' no me alcanza.

Alejandro Dolina.

De. crónicas del Angel (Iris. I‘)dicionesde la. Urraca. Buenos Aires. ¡988.

¡0...0OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCÓOOOOOOOOOÓOOOO

Índice General

Prefacio

1 Introducción

2 Síntesis de los colorantes2.] Descripción (:(mm'al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Mecanismos (le reacción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Estrategia)! ruta sintética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4 Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.] ’I‘etraterbuLilftalncianinalo zinc (H) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.2 'l‘vtrakisU,l-(|imolil-2-fl.a.lilni(lo)ol,¡lHaloriuninato zinc (II) . . . . . .2.4.3 Tel.ra.kis(l,l-(limotiI-2-amino)etiIrlalocíaninato zinc (H) . . . . . . .2.4.4 ’I‘ol.ra,yodur0(lo t.ol,rak¡s(l,1-(limotil-2-trinmtilmnunioktilftalociavni­

nato zinc (H) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4.5 Idontiíicación ospoctrosrópica y cromatográfira (lo los colorantes2.5 Parto experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Espectros de Absorción y Agregación3.] Descripción (:‘onornl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Rvsullndns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Fotofísica

4.] Descripción General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Estadosingulom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Estado'l‘riplete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.] Sspectro diferencia. (lol triplotc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.2 Rendimientos cuántit'os (le triplute . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3.3 Coeficientes (lo absorción T-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.4 Energía del triplotc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Formación de Oxígeno Singulete5.1 Descripción General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Remlilnimnns (“náuticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

23

2X

40

76

Vi Índices

6 Métodos y Montaje instrumental 976.1 Lente, termica. estacionaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

6.2 Láser Flash ¡"otólisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.3 LIOAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |01|

6.1| |"0sl'0resrenria. (le oxígeno singnlele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¡(M(i./I.| Detección estacionaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¡(M

6.11.2 Detección resuelta en el tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¡06

7 Conclusiones Generales 109

A Selector de Frecuencia de Disparo de Láser 111A.l Módulo divisor . . Z . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lll

A.l.l Fuente (le alimentzu'kin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l l l

A.l.2 Bloque principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ill

/\.l.3 Bloque. (le control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IIS!

A.l.4 Bloque (le indicación (le estado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l [3A.l.5 Interfase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

A2 Módulo obturador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IM

AJ! Construcción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

AJ] Diagramas ('ircuiLales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116AI) Archivos .(ÏOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1'24

Ali AN'IIiVO ¡"RI'XLHA'I‘ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¡24

A.T Relel'eneins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l2-I

Bibliografía 126

Índice de Figuras

|.l

2.1

2.22.32.4

2.5

2.6

2.72.82.9

2.102.]

2.]2.1

2.1

2.]2.]2.]2.1

2.22.2

2.2

2.2

l

3

4rv

6

7

8

9

O

l

2

¿J

Estructura molecular de las l'taltx'ianinas metalicas tetrasustituidas. l

Precursores para. Ia síntesis de ftalocianinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Síntesis de ftalocianinas asirnótricas a partir de suhl'talocianinas. . . . . . . 8Mecanismo de síntesis de l'talocianinas a partir de anhídridos. lt)Mecanismo de síntesis de l'talocianinas a. partir de l'talonitrilos. . . . . . . . l lIi‘ornlación del anillo de Í'talocianina por condensación de intermediariosoligomóricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Intermediarios aislados por medio de electrosíntesis incompleta de l'talocia­nina de Ni. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . lll

Mecanismo propuesto para la condensación de iminoisoindolinas. . . . . . . 1.")lsómeros posicionales de las ltalocianinas tetrasustitnidas. . . . . . . . . . HiPrecursores alternativos para la síntesis de isómeros puros. Condensacióne intermediarios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l8

¡"talonitrilos y l'talocianina. trimetilsili-sustituidos . . . . . . . . . . . . . . . . I!)

lsómeros de la l'talocianina de N¡(ll) obtenida por condensación de 1,2­diciano-3-(2-etilliexiloxi)benceno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I!)

Mecanismo propuesto para la síntesis de tetraterhutill'talocianina. de Zn(ll)a partir de 4-ter|)utilftalonitrilo y Zn°. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2]

Secuencia de reacción para Ia síntesis de tetraterbutill'talocianina de zinc (ll). ‘22Secuencia. de reacción para la síntesis de las l'talocianinas hidrolílicas. . . 24Espectros de RMNde lII de los compuestos XXVII y XXVI (B) en(‘.l)(3l3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.")

Espectro de RMN de “(É del compuesto XXVII en (Ïl)(l|;,. . . . . . . . . 26Obtención de ftalonitrilo utilizando (Ïr((3())(;. . . . . . . . . . . . . . . . . 27Espectro de RMN de “(7 del compuesto XXVIII en CDCI3. . . . . . . . . 28Espectro de masa. y principales rupturas del compuesto XXXI. . . . . . . ‘29RMN de lll (A) y de “(Í (ll) del compuesto XXXI en (‘l)CI;,. . . . . . . 3|Espectro de RMN COSY (Ï-ll del compuesto XXXI en (Ïl)CI3. Recuadro:ampliación de Ia zona entre 136 y 120 ppm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Espectro IR del compuesto XXXI en pastilla de Klir. Recnadro: amplia­ción de la zona entre ¡500 y 2500 cm". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Señales más importantes de losespectros de masa de los compuestos XXXII(A) y XXXIII (B). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

viii Índices

2.24 I'Ïspoclros (lo RMN (lc lll (lo los conipncslvos XXXII (A) y XXXIII (B)cn (7|)(ÏI3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.2.") I'lsp0ctro IR (lo XXXIV cn pastilla. (lc KRI'. Rocnaclro: ampliación (lo lazona cntrc 1600 y 2500 cm‘l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.26 l'Ispchms «lo RMN «lv“(T (lo XXXII (A), XXXIV (R) y XXXV ((Ï) cn('.|)('.|;, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.27 Doscornposición (lc flalirniclas por tratalnicnlo con Ilidracina. . . . . . . . . 402.28 l'Ispcctros (lo masa por FAR (lc las Halocianinas XXIX (A) y XXXVI

(B). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.29 l'Ispcctros (lc Inasa. por FAR «lo las flalocianilms XXXVII y XXXVIII. 4152.30 RMN dc lIl (lo la Italocianina XXIX cn ('.‘(;I)(;. . . . . . . . . . . . . . . . IM2.3| RMN (lo |ll (lo la. ftalocianina XXXVI cn ('-l)('.l;¡. 452.32 RMN (lo lII dc. la flalocianina XXXVII cn (1|)(ÏI3. . . . . . . . . . . . . . 462.33 RMN (lc lll (lc. la Halocianina XXXVIII. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.34 DolaIIc (Icl cromatogranla por III’I,(Í para. XXXVI. . . . . . . . . . . . . ¡IR

3.] I'Éspcclros (lc absorción (lo XXIX (A) y XXXVI (B) cn Lolnono y doXXXVII ((Ï) cn 'I‘lll". Concentración: 10"i M; camino óptico: l ('lll. (il

3.2 Espectros de absorción de XXXVIII en agua. y un 'l‘lll". Concentración:[0*6 M; camino óptico: l cin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.3 ICspcclros (lo absorción cxprcsatlos cn cooÍicicntc (le absorción aparvntc cnfunción (lc la longii ml «Ivmula para las flalocianinas XXIX (A), XXXVI (H)cn Lolncno y XXXVII ((1) cn 'l'lll" entro l,().l()"| y l,3.|()' 7 M. . . . . . (¡3

3.4 I‘lspoclros(lo monómcro y (líincro calculados para XXIX (A), XXXVI (B)y XXXVII ((3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (M

5.5 ISspcctros (lc absorción cxprcsados on cociiciontc de absorción aparente onfnnciúón (lc. la longitud de onda. para la. ftalocianina XXXVIII cn agua.entre 9,1.10‘5M y 7,1.10-7M. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.6 l'Ispc-ctros (lo Ill()llÓlll(‘l‘()y dílnero calculados para XXXVIII. . . . . . . . (¡6

4.1 Procesos I'ol.ofisi(tos scncillos (lo, las fl_:l.|()('iarii||as. . . . . . . . . . . . . . . . (S7

4.2 Rcaccioncs gcncralcs (lo (lc'ssu'livacit'm (lc. los estados cxcitados. . . . . . . . 684.3 I‘lspcclros(loomisión. . y (lccxcilación (lolosconlpucstosXXIX (A),

XXXVI (B), XXXVII (C) y XXXVII] (D). . . . . . . . . . . . . . . . 694.4| l'IschlIos (lo absorción cxporirncntal y ajustado crnplcados para. el cálculo

(lol (Dj (lc XXXVIII cn agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tl

4.-") Graficas dc la. scñal (lc Icntc térmica (0) cn función (lo. Ia fracción (lc luzabsorbida para XXIX, XXXVI y compuestos (lo rcl'orcncia. . . . . . . . . 73

4.6 (¡I'ziíicos (lc intcnsiclacl (lc Ílnorcsccncia ('n función (Iv la. |n'/, absorbida total

(o) y cn función (lc la Inz absorbida por cl rnonórncro (o) para XXIX (A),XXXVI (B) y XXXVII ((3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.")

4.7 Dccairnicnlo (lo Lriplolc típico dc las l'talocianinas estudiadas. . . . . . . . . 774.8 lispoctros diferencia.dcl triplclc para loscolnpncstos XXIX (A), XXXVI (R)

y XXXVII ((3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

’00...00.00000...O0.0.0.0.0...OOOOOOOOOOOOOOOOO...

4.9 Cspectrosde emisión de XXIX con distintas concentraciones de Nal (entre(ly 1,2 M). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.10 Relación entre las intensidades relativas de fluorescencia y las ahsorbanciasrelativas del triplete a diferentes concentracionesde.Nal para XXIXy XXXVI (B). lnserto: Gráficos de Stern-Volmer para la.desactivación delluorescencia por Nal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

4.11 Gráficos AN} vs. E. para XXIX, ZnTPl’ y Tl’rl’O en tolueno, utilizando355nm y 650 nm como /\ de excitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.12 Gráfico AN}- vs. El para XXIX y XXXVI en tolueno y XXXVII enTill", utilizando 670 nm como A de excitación. . . . . . . . . . . . . . . . . 83

4.13 Señal de LIOAS típica. de. las l'talocianinas estudiadas. . . . . . . . . . . . . 844.14 Gráficos de. II en función de [Clpara azuleuo, XXIX y XXXVI en tolueno,

empleando 680 nm como /\ de excitación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

4.15 Gráficos de las pendientes (le ll vs. El en función de la. fracción de luzabsorbida para azuleno, XXIX y XXXVI en tolueno. . . . . . . . . . . . 87

4.16 Gráficos de ll en función de El para azuleno (o) y XXXVII (o) en Tlll“,utilizando 680 nm como /\ de excitación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5.] Formación y desactivación de oxígeno singulete . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.2 Señal estacionaria de l'osforescencia de 02 ('Ay) típica de las l'talociani­

nas estudiadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9|

5.3 Señal de fosforescencia de ()-¿ (¡Ag) resuelta en e.| tiempo representativa delas obtenidas para el compuesto XXXVII]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

5.4 Gráficos de intensidad de foslorescencia de 02 (¡139) extrapolada a tiempocero en función de la. energia de láser para azul de metileno (o) y paraXXXVIII (o) en l)2() (A(,¿.c_=670nm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.")

6.1 Arreglo experimental empleado para las mediciones de. lente termica esta.­cionaria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

6.2 Señal de lente. termica. estacionaria típica. de las l'talocianinas estudiadas. . . 9!)6.3 Arreglo instrumental del equipo de láser llasli fotólisis. . . . . . . . . . . . HH6.4 Arreglo instrumental del equipo de LIOAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¡05

6..r Equipo de. detección estacionaria de fosf()re5(:eiicia de. 02 (¡139) . . . . . . . . 10.")6.6 Equipo de detección resuelta en el tiempo de fosforescencia de 02 (¡Ag). . . 107

A.l Diagrama en bloques del selector de frecuencia de disparo de láser . . . . . ll2

Índices

Índice de Tablas

4.24.3

5.]

._¡

Algunas condiciones de síntesis de ftalocianinas . . . . . . . . . . . . . . . . . 6Datos de RMN de “C para los compuestos XXVII y XXVIII. . . . . . . 2TDatos de RMN de l3C para el compuesto XXXI. . . . . . . . . . . . . . . 30Relación entre la intensidades de los iones provenientes de compuestos bro­mados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3|

Valores de K4 y €n¡á¡;_para XXIX, XXXVI, XXXVII y XXXVIII. . . 59

Rendimientoscuánticos de flnoreseeneiade XXIX, XXXVI, XXXVII yXXXVIII. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Datos de (DTy 67-7 de ZnTPP y TPrPO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8|Propiedades del estado triplete de XXIX, XXXVI y XXXVII . . . . . . . 87

Rendimientos enánticos de formación de 02 (l Ag) de los compuestos XXIX,XXXVI, XXXVII y XXXVII]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Descripción del funcionamiento del módulo divisor . . . . . . . . . . . . . . . llñ

xí

xii Indices

Abreviaturas y símbolos más usados

A

AMCOSY (Ï-iiC'I‘ACCu'l‘POCPCAABARCODMFDMSOE

€T-TEl

ETEMFAR

(DA

4’!01'HPLCiig'i‘i’i’iRKdA

LIOASLDLLTEMPLC

O2 (“39)p. e.p. f.

RrRMNRPIBSNAS-T

TA

TTTCLM'Ï‘CMLTl’rI’OTDi"

Absorbancia.Azul de metileno.Espectroscopía de correlación carbono-hidrógeno.Cloruro de hexadeciItrimetilamonio.Tetrapenti|oxicarbonilftalocianinato Cu(ll).Asorbancia diferencia.

1,4-diazul)i('ic|o[2.2.2]octuno.Dimetilformavmida.Dimetilsulfóxido.Coeficiente de absorción molar.Coeficiente de absorción molar triplete-triplete.Energía. del láser.Energía del triplete.Espectro de masa.Bombardeo con átomos rápidos.Rendimiento cuántico de formación de 02 (¡Ag).Rendimiento cuántico de Ílnorescencia.Rendimiento cuántico de triplete.Cromatografía líquida de alta resoluck’m.'Ï‘etrafenilporÍirina.Infrarrojo.Constante de dimerización.Longitud de onda.I‘)spectroscopía optoacústica inducida. por láser.Lipoproteinas de baja densidad.Lente térmica. estacionaria.

Cromatografía en columna. a mediana. presión.Oxígeno singulete molecular.Punto de ebullición.Punto de. fusión.Relación de frentes en tlc.

Resonancia magnética nuclear.Sl'lica octadecil sustituida (fase reversa).Sustitución nucleofílica aromática.Singulete-triplete.'I‘iempo de vida del 02 (¡Ay).Tiempo de vida del triplete.'I‘ransferencia. de carga del Iigando al metal.'l‘ransferencia. de carga del metal al Iigando.'l‘etra-n-propilporÍiceno.'l‘erapia fotodinámicn del cáncer.

Índices

||(''l'l I l"

(¡V'/,n'l‘( Ïl’(7Zn'l‘l’l’

('ronmlngrnfíu (‘n ('uvpadelgada.'l‘vlrullidmfurmm.Ullraviulvla.Dialnitlu (Iv lvl¡"uvcnrlmxirlnlnviulliunln '/.I| (II).'I'olrafvuilpnrlirina (lv Zn (II).

Capítulo 1

Introducción

Las l'talocianinas son colorantes orgánicos sintéticos que fueron obtenidos por primeravez en l907 La estructura molecular de estos colorantes, tal como se muestra en laFigura 1.1, consiste en un macrociclo plano, conjugado, formado por cuatro unidades deisoindol unidas por puentes ([20.

Figura 1.1: Estructura. molecular de las l'talocianinas metálicas tetrasnstituidas.

Las I'talocianinas existen en la. forma de “base libre” (dos unidades isoindol opuestasmantienen el ll unido a su átomo de N) o bien actúan como ligando (los cuatro átomosde N se coordinan con nn ion o átomo de algún elemento). Pueden asimismo presentarsustituyentes en cualquiera de las posiciones disponibles de los anillos bcncónicos (ftalo­cianinas “sustituidas”).

Se han sintetizado gran cantidad de ftalocianinas diferentes, las cuales han sido am­

2 Introducción

pliamente estudiadas. La alla conjugación del macrociclo le confiere a estos compuestospropiedades mu)l interesantes tanto desde.el punto de vista teórico como practico, en lo querespecta. a Ia interacción con la radiacicm electromagnótica en la zona visible del espectro.

Una de las aplicaciomss más importantes de. estos compuestos, y la que originó elpresente trabajo de tesis, es su utilizacicm como fotosensibilizador. I'ln las reacciones fo­tosensibilizadas, el compuesto que actúa como fotosensibilizador absorbe fotones y losestados excitados generadOs sufren reacciones que resultan en una alteración quimica deotra molócula presente. en el sistema (el “sustrato”). Los estados excitados del fotosensi­bilizador pueden causar la mencionada alteración por reacción directa con el sustrato obien con alguna otra molécula, originando productos que pueden asu vez reaccionar conel sustrato.

En el caso particular de las ftalocianiuas, su principal acción como fotosensibilizador esla formacicm de oxígeno singulete molecular (02 ('A_,,)), estado excitado muy reactivo deloxígeno, por tranferencia de energía.desde su estado excitado triplete al oxigeno en estadofumlamental presente en el medio en donde se produce la absorción de luz. A partir deesta capacidad, las ftalocianinas han sido investigadas con vistas a diversas aplicacionesfundamentalmente dentro del campo de la. fotobiología y de la fotomedicina. Algunosejemplos lo constituyen su utilización como agente fotodescontaminate de aguas [2, 3],fotoinactivador de bacterias [4, 5], fotodescontaminante de sangre y derivados [ti]y comofotosensibilizador en la llamada “terapia fotodinamica del cáncer” (TFD) [7, R]. Este tipode terapia. se basa en lograr la destrucción de. los tumores por reacción con el 02 (¡A!)fotogenerado por un sensibilizador que debe localizarse preferentemente en los tejidoscancerosos.

l‘Inmedios tan heterogéneos como lo son las células y los tejidos, los parametros es­tructurales y funcionales estan involucrados en la eficiencia global del proceso de foto­sensibilización, ya que estos parametros regulan la iIncorporación, lm'a.|i'/,aci(')n,unión einteracción de la molécula de fotosensibilizador con los sustratos. (Íuando el objetivo es la.destruccicm de celulas malignas, el primer paso del proceso es la unión del sensibilizadora la. membrama citoplasmática. o la permeack'm a. través (le la misma, lo cual, en princi­pio, puede ocurrir por difusión, por transporte activo o bien por endocitosis o fagocitosis.Una cuestión importante al respecto, es la. forma en la que el compuesto es administradopara que se distribuya en los tejidos y sea presentado a las células: en soluciónI unidoa. (lipo)proteínas o por medio de sistemas especiales como anticuerpos monoclonales oliposomas. La localizacic'm Iinal depende del tipo de célula, del sistema. elegido para suadministración, de las propiedades fisico-químicas de las moleculas y del entorno y (le laposibilidad que tenga el sensibilizador de sufrir cambios metabólicos. l'Is claro que debenestar presentes o muy cerca del sitio en donde debe llevarse acabo la fotosensibilización, yaque el oxigeno singulete formado tiene un tiempo de vida definido que limita su difusión.

Por otro lado, los colorantes que forman agregados en un entorno hidroli'lico no actúaneficazmente ya que la transferencia de energía. ocurre principalmente desde las entidadesmonomórícas.

I‘lngeneral, son preferidos compuestos que absorban fotones en forma. eficiente (altoscoeficientes de absorción). que tengan altos rendimientos cuanticos de triplete y tiempos devida de triplete largos, para permitir su interacck'm con otras moleculas. La mayoría de los

¡0.0.0.0.0000000000COOOOOOOOOOOOOCOOOOOOOOOOOOOOOO

fotosensibilizadores para terapia I'otodinamica absorben luz a longitudes de onda igualeso mayores que (itlt) nm. La penetración de la luz en los tejidos depende de la longitudde onda y es mayor a longitudes de onda mayores, ya que los constituyentes normales delas células tthIOII bajos coeficientes de absorción en esa. zona. y la dispersión de la. luz esrelativamente pequeña [9]. La absorción de la melanina. también es baja, permitiendo eltratamiento de tumores que contengan melanina.

Los fotosensibilizadores tambien se pueden utilizar en la.detección temprana del cáncer,no por su actividad fototlestructiva. sino por su lluorescencia, en el caso que la. presente.Nuevamente, el factor de. localizacir'm selectiva es importante, ya que. debe. estar presenteen mucha mayor concentración en el tumor que en los tejidos que lo rodean [lO].

A modo de resumen, puede decirse que Ia. búsqueda de drogas que puedan cumplircon buenos resultados el roI de fotosensibilizadores para 'l‘l"l), se basa. en la obtención decompuestos quunicamente puros, que presenten la mínima toxicidad posible en la oscu­ridad, que se Iocalicen en los tumores en forma preferencial con respecto al resto de lostejidos, que posean gran capacidad de absorber luz de longitud de onda mayor que 6thnm y que tengan altos remlimientos cuanticos de lluorescencia y de producción de oxigenosingulete [l l, 12].

La'l‘l"l) lla.sido estudiada con buenos resultados utilizando diferentes ftalocianinas tan­to in ein-n como in vien [13, lll, IS, Iti, 17]. l'Ïn lo que respecta. a la. relación entre laestructura química y la. capacidad de las I'talocianinas para actuar como fotosensibiliza­dores, se lla tratado de mejorar la selectividad y especificidad hacia diferentes blancos através de la. variación de la sustitución periférica del anillo macrocíclico [18, 19, 20]. (Tonrespecto al tratamiento de tmnores, la. anlililicidad parece ser la llave para un balanceadecuado entre Ia acción tóxica especifica y la. fotosensibilidad no deseada. Normalmentese utilizan grupos sulfónicos para obtener ftalocianinas solubles en agua mientras que lapresencia en las moleculas de grupos hidrocarbonados no_polares le confiere interesantespropiedades lIidI'ofc')l>icas[6].

(lomo ejemplo de. la relación estructura-actividad, puede citarse la distribución in­tratumoral de ftalm‘ianinasuIl'onada.de galio conteniendo grupos terbutilo, la cual, bajocondiciones in ‘U'Íuo,se incorpora a las celulas en una cantidad seis veces mayor que lacorrespondiente ftalocianina disulfonada [2|]. La introducción de grupos ftalimidometiloen ftalocianinas disulfonadas de aluminio también incrementó la incorporación in. nitro a.las celulas en la. misma. proporción [22]; mientras que con las ftalociauiims de. aluminioftalimidometil-sustituidas pudo expandirse la llamada “ventana terapr'mtica”l cuatro ve­ces, con respecto a los compuestos disulfonados [23]. Las mejoras logradas al remplazarparcialmente los grupos polares sulfónicos por otros no polares, estan ligadas con la.mayorafinidad de los compuestos resultantes con las lipoproteínas de baja. densidad (lil)l,), ungrupo de proteínas que forman parte del suero humano presentes en alta concentraciónen los tejidos nuevos, y en especial en las células tumorales. listas lipoproteinas son lasprincipales responsables del transporte de los fotosensibilizadores y de su acumulación enla. masa tumoral [24, 25], debido a. que sus células poseen gran cantidad de. receptores

lLa "ventana terapéutica" es el rango de concentración en la cual se administra el fármaco comprendidoentre la mínima dosis requerida para una cura del 100% del tumor y la que induce toxicidad sistemáticacn el tejido sano

4 Introducción

para las lil)l, [2G].l’or otro lado, la sustitución con grupos que contengan cargas positivas, conduce a

una localización preferencial del colorante dentro del núcleo celular y a una actividadlototóxica basada. en la ruptura del ADN, a.dil'erencia de la mayoría de los fotosensihiliza­dores, los cuales son incapaces de penetrar dentro del núcleo de las células [27]. Ademas,esta propiedad conferida por los grupos catiónicos puede llegar a ser especialmente inte­resante para lograr la inactivacicm (le bacterias (lram negativas, cuya membrana externaparece preservarlas de la acción l()t.()(liilá.lrii('a.por desactivacicm física del oxígeno singuleteformado [28] o impidiendo eLingreso del fotosensibilizador al citoplasma [29].

Finalmente, la naturaleza del metal central de las l'talocianinas, afecta flnulalnental­mente a dos parametros lotobiológicanlente relevantes como son e.l remlimiento cuánticoy, H()l)l‘(‘todo, el tiempo de vida del triplete. (lomo se mencionó anteriormente, es importante un tiempo de vida de triplete largo para poder realizar la tranlerencia de energía enl'orma eliciente al'm con liajas concentraciones (le oxígeno, Io cual se Ve favorecido cuandose utilizan metales (|¡amagneticos.

I'ln una aproximación al diseño de l'talocianinas que puedan ser útiles como lotosensi­l)ili7.adores,en el presente trabajo se han sintetizado distintos compuestos que contienentanto grupos llidrolílicos como llidrol'óliicos, uno de lOscuales es el grupo amino, de utili­dad por su variada reactividad si se tiene en cuenta la posibilidad de unir covalentementeel colorante a matrices insolubles o a anticuerpos nionoclonales [30]. ('oIno metal centralse eligió el zinc que le otorga a las l'talocianinas propiedades de Íluorescencia y de tiempode vida y rendimiento cuántico de triplete adecuados para la.detecchin y tratamiento (letumores. Los compuestos sintetizados fueron completanumte caracterizados fotolísica yl'otoquíniicamente en lo (¡ue respecta a la generación de oxígeno singulete. l'lsta caracteri­zación lue realizada teniendo en cuenta. la agregación de los mismos en solución.

Capítulo 2

Síntesis de los colorantes

2.1 Descripción General

La sintesis de ftalocianiuas, salvu algunas excepciones, consiste fundamentalmente en lacondensación de cuatro unidades benceuicas ¡,2 disustituidas con grupos capaces de for­mar un anillo pirrólico y el puente (¡zoque sirva (le nexo entre la unidades. l'In la Figura 2.1se muestran los precursores más comunes : o-eianobenzaruidas (I), ftalonitrilos (II), 1,3­diiIninoisoindolinas (III) o anlu'dridos ltálicos (IV), siendo necesario en este liltilno caso uncompuesto que actúe ('(Hllt)donor de nitrógeno, generalmente urea. Si se eligen los gruposlll a R.¡ distintos de ll, es posible obtener como producto Íiual ftalocianinas con sustitu­yentes periféricos. Se han sintetizado rt;ll0('i2LIliiiaiscon variado número de sustituyeutes,desde cuatro hasta dieciséis, partiendo de precursores ya.sustituidos. Otra. pOsibilidad esintroducirlos una vez formado el rnacrociclo, aunque esta alternativa no es recomendableya que además de obtenerse isóineros posicionales, sería, dificil controlar Ia. cantidad desustituyentes introducidos en cada molécula,de colorante [2|].

l’reeursor (Íondiciones de reacción 'I‘emperatnra 'l‘ipo de colorantel Rendimiento

“Mi; Sl) MgO o Mg(‘()-,I ' ' ' ' 40°C lll, 40V2)u._,so4 (conc.) 2 "

I ltu( 'l;¡ ' Jill-¿0, nal'taleno 290”C UM ­

llidroqninona. tetrallidro­II piridina o ll,4l’-dil|idroxi— ¡80°C lll, 8|—43% [33, Jill]

bifeuilo. l‘Ïntubo cerrado

llll,=base libre; t'l\l=coniplejo metálico

5

Síntesis de los colorantes

(Nil4)5M07024 ' 41'20, Í­

nitrobcnceno

II sopentóxido (le Na en iso- A reflujo BL 57% [35]pentanol

Zn, Al, Ni, I’d o Mg y A . r0 ‘ . . r o .rll (NHÜGMOTOM .Mlzo ¿OO-2|.) (J (¡M 20-.)8/0 [30]

II VCI; 240-260°C (1M 46% [36]

II NiCl') .61120 en quinoliua 200-23000' (ÍM 57% [37]

II Cuz(CN)2 en DM!" ¡45°C (3M 34% [38]

u (Éu(ÏI-¿, (linznbiciclolumu- A mnujo (:M 27% Fm]no, en etanol

II Zn o Mp; 2|3°C (1M - [39]

III SiCl4 en quiuolina ¡30°C (IM 30% [40]

III 2'N'N"“"‘°“" A reflujo m, 27»45% [33]ammoetanol

III 2-N,N-(limetilaminoelanol 150-160°C HL 28% [4I]

Ill NiUIz en DM!" A reflujo CM 96% [42]

(Ju-¿(.32l urea, , , m . . , H, .rIV (NHÜGMOTOH“¡20 ¿ou-2|.) (, (.M JM, [Jo]

CoClg, urea yIV (Nll4)5M07024 - 41120 en l70-l90°C ('ÏM 80% [43, 44]

nitrobenceno

urea, CuSO4 -5ll30,IV NII4CI y (Nll4)6M0702‘¡ - 185°C (JM 70% [45]

41120 cn nitrobenceno

COCiz, urea yIV (Nll4)GMo-,-()24 - 4I|2() en 200°C (TM 83,5% [46]

Tabla 2.]: Algunas condiciones (le síntesis de ftalocianinas.

En el caso de la síntesis de los complejos metálicos del ligando ftalocianinato, se incluyecomo reactivo un metal o una, sai que Io contenga en el estado de oxidación deseado.

Las condiciones (le reacción utilizadas en las síntesis son muy variables; se han com­binado diferentes reactivos con catalizadores y se ha variado la temperatura. (le reacción

2.1 Descripción General

R2R1 R. R1

R3 o R2

NC

R4 CN NH2 Rlm CN R1

I \ / \ / IIN N N

R122 N— M—N Rig,“

N N N

{2.3.4

O

M = Ion metálico,

ó H,H

Figura 2.]: I’l‘vrlll'sm't's para la sílllosis (lo l'lnlnriauiuus.

8 Síntesis de los colorantes

¡Bu _ ¡BU ¡B /N \ N

ur N / N“ Nlíl/ NH xl

N N N NNH A

V NDMSO/ 1-cloronaflaleno

80-90°C t u ¡BU¡Bu

V

Figura 2.2: Síntesis de ftalocianinas asimétricas a partir de subftalocianinas.

para lograr mayor rendimiento. Sobre todo, se lia tratado de resolver con eficacia. dosproblemas fundamentales que presenta la síntesis de estos compuestos: la purificación yla obtención de un único isómero. En la 'l‘abla 2.1 se presentan algunas condiciones dereacción que pueden considerarse como representativas de los procedimientos más usuales.

Una.practica interesante es la síntesis de ftalocianinas asimétricas, en donde se realizala reacción con precursores que contengan sustituyentes distintosl dando lugar a mezclasde. compuestos que a menudo son muy difíciles de separar [38, 47, 48, 49]. Esto puedesolucionarse inmovilizando el precursor en una matriz polimérica y luego hacerlo reaccionarcon otro que contenga un sustitnyente diferente; aunque de esta manera. sólo es posibleobtener un colorante que tenga tres grupos iguales y uno desigual [50, 51].

También se ha logrado obtener ftalocianinas del mismo tipo a partir de las llamadassubftalocianinas (V), haciéndolas reaccionar con compuestos análogos a III [52]como seilustra en la Figura 2.2.

Como se mencionó con anterioridad, dos problemas a tener en cuenta cuando se intentasintetizar ftalocianinas, son la purificación del colorante y la obtención de isómeros puros.

La primera dificultad tiene su origen en la solubilidad limitada que a menudo presentaeste tipo de compuestos, Io cual hace difícil la obtención de buenos resultados cuando seintenta la purificación por recristalización o por cromatografía. Aún cuando se.ha logradoobtener moléculas solubles en solvente orgánico o medio acuoso por medio de la introduc­ción de sustituyentes periféricos adecuados, la purificación por cromatografía no siemprees posible. La presencia del macrociclo altamente conjugado origina fuerte interacción conlas fases estacionarias utilizadas en las columnas y puede dificultar la elución del com­puesto, el cual se adsorbe en forma permanente. De todas maneras, se han sintetizadogran cantidad de fta.locianinas que permiten su purificación por cromatografía en columnae incluso por HPLC preparativa. Otras prácticas comunes son la disolución y precipita­ción utilizando soluciones acuosas de distinto pl-l, metodo utilizado para colorantes con

2.2 Mecanismos (le reacción 9

sustituyentes polares que presenten propiedades acido-base y, cuando la naturaleza de lossustituyentes Io permite, la sublimacicm.

(Yonrespecto a la.obtención (le isómeros puros, es un problema. que presenta la síntesisde. ftalocianiuas tetrasustituidas cuando el precursor de partida es monosustituidoz, yestaria íntimanwute relacionado con el mecanismo de la reacción empleada en la síntesis.

2.2 Mecanismos de reacción

l)ado que pueden utilizarse distintos compuestos como precursores y que. la condensacit'mde los mismos puede llevarse a cabo utilizando distintas condiciones de. reacción (en solu­ción, mezclando los reactivos fundidos, en presencia de base u otros catalizadores, etc.),parecería razonable suponer un mecanismo distinto según se trabaje de una forma u otra.l,o cierto es que se han realizado varios trabajos con el objetivo (le elucidar los meca­nismos de reaccion, incluso aislando algunos intermediarios, pero sólo utilizando un tipoparticular (le precursor fue posible obtener, en forma. lllt‘(]llfV()('}l.y con bajo remlimiento,un isómero preferencial.

l‘In general se sostiene la idea de una adición progresiva de moleculas de precursorpara. formar una cadena de dos a cuatro miembros, que se cicla. y estabiliza formando unmacrociclo conjugado. l'ïn el caso de los complejos met alicos, la. formación de quelatos, enlos que, interviene el metal como agente nucleador de la cadena en crecimiento, favorece laciclación del tetramero para formar el ligando ftalociauinato.

lln trabajo minucioso al respecto y curiosamente poco citado, fue publicado en l956por llaumann y col. [53], en donde se describen y sintetizan intermediarios que luego sono bien propuestos o aislados en trabajos posteriores [S-l, 5-"),56, 57].

'l‘rabajando con anln'dridos como reactivos, se sintetizaron los compuestos VI y VII,proponiendose la secuencia descripta en la Figura 2.3 A [53].

l’osteriormente, 'l‘íirker y col. [57] aislaron, bajo condiciones usuales de síntesis deftalocianinas, los intermediarios VIII y IX (Figura 2.3 B). Obtuvierou similar resultadocuando utilizaron anhídrido tetraiodoftálico.

Para el caso de reacciones llevadas a cabo a.partir de ftalonit rilos en solución alcohólica,el alcóxido generado por agregado de Na. o l,i parece ser el disparador de la cadena.Banmann y col. [53] aislaron el compuesto XI a. traves de la. reacción (lescripla en laFigura 2.4 A. I'll compuesto X fue confirmado por llorodkin [58], quien lo aisló como salsodica partiemlo de flalonil rilo _ymeloxido de sodio‘ por debajo de 40°C.

La estructura de otro intermediario, donde se observa. la,condensación de dos unidadesde nitrilo, fue obtenida por Oliver y col. [56], quienes aislaron la sal de litio de XII (ll‘igura.2.4 B) por reacción a llti"(ï durante 5 lloras. Los mismos autores proponen la secuenciaindicada en la Figura 2.5. La eliminación (le alcohol y aldehido habia. sido previamenteobservada [54].

Compuestos similares a XII, incluso con 3 unidades condensadas, tambien habían sidoobtenidos por Baumann [53] a partir de ftalonitrilo y metóxido de sodio. l’or otro lado,

'n ‘ . , . . . . . . . . _ .' lamluen ocurre lo Inlsmo si el precursor es trlsustltlndo, dlsustitlndo en 3 y 5, con dos sustituyentesdiferentes en cualquier posición o sustituido en forma asimétrica. l’al'a todos ellos son válidas las mismasconsideraciones realizadas en cl texto principal.

10

A

Síntesis de los colorantes

wea o 0/ e

(NH4)w|o702¡-4H,O0 —————> NH—— NH—

r NH4N03O rilrobenceno NH

NH NH

NaOHN —'—> N+ ­

NH3N03 NH:VI V"

Br o o Br

Br Br

NH HN

HB N Br

(“HOJ‘AOrOa'MzO r B N Nr Br(Zuch2 uea

80°Ca: o 30m“. 3’ E" Vlll

Br Br Br0

Br BrBr

B, ° 260°CCuch uea Bhs. Br BrNH '4H

( "M0703! 20 Br o N Br1-bromonalldeno 0 N

Br H Br

NH HN

H

Br N N N BrBr Br

Br BrIX

Br Br

Figura. 2.3: Mecanismo (lo sínlvsis (lo Harlociarniuasa. partir (lo anhídridos.

A

2.2 Mecanismos de reacción 11

+ EtOH / HZO

- EtOH / H20

N ' NNa

CN / l Na+EtO' /.‘_—_‘ N N

CN \ +/ \OEt

X

NH NH2/NH= N\

EtO OE‘ 5,0 oa

Xl

N02

CN MeOH/Li2 —> N­No2 CN / N

N02 N xu\OMe

Figura 2.1|: 1\'|(‘('unixnm(lo xíulosis «lo I'lalm'inuiuus u ¡mrlir (lo I'lnlnnilrilus.

12 . Síntesis de los colorantes

N02V\ / N02\\ /

N NXII a OR N­- M

N N

No2/ \ No2Ro'

QCN \ N / aldehídoN02 CN N Nx»

M N i» FtalocianinaN N

/ OR‘N \

N02

Figura. 2.5: l'brnlavión (lvl anillo (lo.[talocianina por condensación dv, intermediarios oli­gonlérícos.

2.2 Mecanismos de reacción 13

tambien fueron aislados los compuestos de la. Figura 2.6 al realizar una electrosíntesisincompleta de ftalocianina de níquel en etanol. Los cuatro originaron la l'talocianina (leníquel por calentamiento [55].

Cuando las ftalocianinas se obtienen a partir (le imiuoisoimlolinas, los intermediariosencontrados son esencialmente iguales a los anteriores dado que las imirmisoindolinas pue­den obtenerse a partir de ftalonitrilos [38, 59, 60]. I'ÏImecanismo se.basa en los compnest osXIII y XIV [5-1],que se muestran en la Figura 2.7, los cuales fueron aislados y caracte­rizados.

Hasta aquí parecería no haber diferencia. sustancial entre los mecanismos propuestospara los tres precursores más comunes. Más aún, podría decirse que cuando se parte deftalonitrilos, se formaría Ia iminoisoimlolina. correspond¡ente en una. primera etapa (le Ia.reacción, perdiendose así la identidad del compuesto de partida.

'l‘eniendo en cuenta los mecanismos anteriores, es inmediato pensar eu Ia. posibilidadde obtener una mezcla de los cuatro isómeros posicionales posibles (Figura. 2.8) cuandose sintetizan ftalocianinas tetrasustitnidas partiendo (le flalouitrilos, anhídridos o iminoi­soindolinas mouosustitnidas [61, 62].

Considerar que cada molécula de precursor puede adicionarse de dos maneras posiblesa una cadena que finalmente termina. en el tetramero, lleva a. encontrar una poblaciónrelativa de isómeros regida por una reacción al azar. () sea, sin que el sustituyente ejerzaningún tipo de orientación que propicie la formación de un isómero frente a otro. Dado queen todos los casos la síntesis se lleva a cabo a temperaturas altas, esta distrilulción es alta­mente probable y llevaría a nna proporción l:l:2:«| de los isómeros 2,9,lti,23-; 2,l(),I(i,2-'I-;2,9,I7,2/l- y 2,9,lti,2/l—respectivamente. l'ista.distribución de isómeros fue confirmada poranalisis de. los espectros de RMN de lll _y“C do tetraneopentoxiftalocianina, tetrakis(3,3—dimeti|)butilftalociauina y tetrakis(2-trimetiIsiIil)etilftalocianina [63].

|,a búsqueda de la obtención de un isómero puro llevó a considerar fundamentalmentedos posibilidades:

o Llevar a cabo la reacción de condensación a baja temperatura utilizando precursorescon grupos funcionales diferentes que aseguren una reacción dirigida.

o Lograr una acción directriz de los sustituyentes de los precursores de modo que poralgún factor, ya sea esterico o electrónico, promuevan la obtención de un isómeromayoritario.

La primera forma de trabajo fue explorada fundameutalmente por Leznoffy col. quie­nes intentaron en primer lugar privilegiar la condenszu‘ión cruzada (le I,3 (liiminoisoindo­lina (XV) con 5-ueopentoxi-lll-isoindol-l,3(2ll)-ditiona (XVI) frente a la autocondensa­cióu de XV (Figura. 2.!) A). La reacción condujo a la formación de una mezcla de isómerosmuy difícil de separar [64]. Luego diseñaron un precursor que presentara. la posibilidad dccondensar en una sola. dirección _va bajas temperaturas. -I’artierou así de l-imino-Il-me­tiltio-5-neopentoxiisoindolina (XVII) la cual, en N,N-dimetilaminoetanol, a. temperatura.ambiente. durante 60 lloras, dio origen a. una. mezcla de isómeros de. la. correspondientetetraneopentoxiftaIocianina. Sin embargo, cuando se realizó la síntesis con acetato (le zincen DM F a -l-’)"(‘.,luego de una. semana, se obtuvo sólo el isómero 2,t),l6,23- con un 11%

14 Síntesis (le los colorantes

\ / \ /

\NH N ¡H NH N /H

Hsczo \Ni/ ‘0H HSC20 \N¡< ‘OHOHx oo H HN oc HH/ N/ EN 2 5 N/ N 2 5

/ N \ / N \/ l / 2\/ Z / Z

,NN N. \ /\Ni/ Hsczo/H/N¡\/ \ HO/ N HN

N N

N \ / N \/ \3 \ 4

A . . _l, 2, 3, 4 -——> Ftalomamnade Nu(Il)

Figura 2.6: Internlodiarios aislados por medio (lo ('Ioclrosíntosis incompleta (lo flaloviani­un (lo Ni.

2.2 Mecanismos de reacción 15

NH

NH CI

NiCI2 NH// NH‘Ni

2 NH ' NH / \HNEROH

NH xul N

2m"XIII “

Pentanol

AXIV —> FtalocianinadeNi+Pentanol+Pentanal

Figura 2.7: 1\'|(\(‘2mi.\'|nnpmpuvslu para ln ('nmlvusnvir'm (lo ¡minoisoimlolinns.

16 Síntesis de los colorantes

WN y

N \ BDR

2,9,16,23- R 2,9,17,24­(simetría C4h) (simetría CZV)

N N

,N “Kp l 0M!

l, M\N N, \N

N N

R R

2,10,16,24- 2,9,16,24- R(simetría 02h) (simetría Cs)

Figura 2.8: lsóuwrns posicionalos (lo las flalm'iuninas totrasustimillas.

‘COOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO030......

2.2 Mecanismos de reacción 17

de Iendirnienlo [65] (Figura 2.9 B). .lunto con las ítalocianinas, los autores también pn­dieron aislar los compuestos XVIII y XIX (Figura 2.9 (l), intermediarios similares a losobtenidos con los precursores tradicionales, lo que indica un proceso análogo de adiciónde unidades y posterior ciclación.

l,a segunda I'ormade t rabajo, se aplicó principalmente a l'talocianinas tetra-rr-snstituidasobtenidas a partir de ltaloprecnrsores sustituidos en la posición 3. No siempre lue llevadaa cabo en forma intencional, sino que al analizar las I'talocianinas obtenidas, se observóque algunos isómeros prevaleeían sobre los otros y se explicó el resultado en base a unaacción debida a los sustituyentes. l’or ejemplo, la N,N',N”,N”’—tetrameti“otra-2,3-piridi­noporlirazina fue sintetizada por metilación de letra-2,3-piridinoporlirazina, la cual asu

as señales de RMN de losvez se obtuvo a partir de 2,3-dicianopiridina [66]. l’or analisis deprotones metílicos, se encontró que, si bien existía. una mezcla de isómeros en el productolinal, se liabía obtenido mayoritariamente el isómern de simetría (34h. l,os autores sugierenque este resultado se debe a razones estericas y electrostaticas. Sin embargo, no (¡lledaclaro si la supuesta “selección” de isómeros se. llevó a. cabo en la. etapa de condensaciónde los nitrilos o si, dado los valores de rendimiento de la metilación (fi-37%), luego de lacolnlensación se contaba con la mezcla estadística de isómeros y la posterior alquilaciónse llevó acabo en lornla selectiva.

Un resultado inequívoco fue obtenido por (Then y col. [67] quienes sintetizaron ftalo­cianinas tet ra n-‘sustitnidas con grupos trimetilsililo y analizaron los isómeros utilizandoRMN de 2"Si. ('uando realizaron la,sililación sobre. la. l'talocianina. ya formada, obtuvieronsólo colorantes tel rasust it nidos y, además, en una mezcla.estadística (le los cuatro isómerosposibles conteniendo solamente un trimetilsililo por “hueco” entre dos unidades adyacentesde isoindol. Éste resultado sugirió un fuerte control esterico por parte de los sustituyentesvoluminosos, que los autores aprovecharon realizando la síntesis (le ftalocianinas a partirde 3-trimetilsilil (XX) y 3,6-bis(trirnetilsilil)ftalonitrilo (XXI) (ver Figura 2.10). l'Ïn elcaso de. XXII no se. obtuvo reacción, mientras que con XXI los productos fueron dosisómeros trisustituidos (por pérdida de trimetilsililo a la elevada temperatura empleada enla síntesis) y el isómero I,R,l.’),22de la ftalocianina como único compuesto tetrasustituido(XXII).

l’or otro lado, el el'ecto estericn sólo parece ser marcado para el caso de sustituyentescomo el mencionado en el parran anterior. Cuando se preparó la ttalocianina de níquelutilizando l,2-diciano-3-(2-etilllexiloxi)benceno no se obtuvo un único compuesto sino losconsabidos cuatro isónleros [68]. l’or primera vez fue posible separar por completo esta.mezcla utilizando llPl4(' y cada isómero fue identificado por medio de RMN de 'll. Nose obtuvo una distribución estadística sino que la mezcla consistió en 4,2% del isómerocon simetría l)-¿¡.; 49,2% del (35; 3|,3% del (32v y ¡5,5% del (1”, (ver Figura, 2.l l). Seobserva que la menor proporción coresponde al isómero con mayor impedimento pero queel compuesto privilegiado por el grupo trimetilsililo en el caso anterior, aquí ocupa. sólo eltercer lugar en abundancia.

Un caso especial, donde el electo del sustituyente ejercía una ¡nlluencia de importancia.en el mecanismo de la condensacir'm de los precursores y, en consecuencia, modiÍicaba lausual aparición de los cuatro isórneros, parecía ser la.síntesis de tetraterbutill'talocianina dezinc (ll) llevada a cabo por (laspa rd y col. [39]. l’ara obtener el mencionado compuesto, se

18 Síntesis de los colorantes

RI R2

NHS N S NH J

H MiA H HN _, NH

H S N H

xv R4 =

R1: R2: R3: R4: HR1= OCH2C(CH3)3,R2=R3=R4=H

R R1=R2=0C"¡2C(CH3)3.R3=R4=HXVI R,=R2=R3= OCquCH3)3IR‘=H

R = = R = R = OC CR = OCH2C(CH;¡)3 1 R2 3 ‘ Hïq H’)’

R

NH

B Acetato de Zn(II)

‘bR DMF -15°c

SCH3

XV" R

R = OCH,C(CH¿)3

H H H

o N N H ¡tj H n n

C á É E NÉ É° (NH)OWNaNH (NH)R R R R R R R

XVIIIXIX

Figura 2.9: PH‘t‘III'HON‘Sullxwunlivns para In sínlvsis (Iv isónwms puras. ('ïmulvnsm'ión vinlvrlnmliarios.

2.2 Mecanismos de reacción

xg/

CN :; CN

/ï¡\ /T¡\XX XXI

\ I./Sl

N N N \N-H H-N

NN N '/T'\

/' /

Figura 2.”): |"lnlnnilrilns y Í'laloriuuina lrimg'liIsiIi-suslilnidos.

/2¿3KR\&[%R

Dzh

19

Figura 2.|l: lsómoros (lo la I'lalocianina (lo Ni(|l) obtenida por (‘ondvnsación (lo ¡,2­diciano-B-(2-(‘lvilhoxiloxi) lwm'vnn.

20 Síntesis de los colorantes

lli'/.oreaccionar l,2«diciano-d--(di¡netil)etilbenceno (Il-terbutilftalonitrilo) con zinc en polvoa 2|3"(Ï y luego de purilicar el producto, se lo analizó por lll’l,(' y se encontró un solo picoen el cromatograma. lil analisis del espectro (le.RMN de lll llevó a concluir que se tratabasólo del isómero 2,9,16,24 (simetría (32v) y a proponer un mecanismo que justilicara talobservación. En el se incluyen los intermediarios XXIV y XXV, propuestos por trabajosanteriores [53, 55] cuya forma de reaccionar justifica la formación del único isómero y laparticipación del grupo terbutilo como donor de electrones al anillo (ver Figura 2.12).

lCnfranca contradicción con estos resultados, un trabajo posterior, publicado despuesde iniciado el presente trabajo de tesis, reporta la presencia de isómeros estructurales enla tetraterbutilftalocianina de níquel (ll) sintetizada tanto a partir de 4-terbutilftaloni­trilo como de anhídrido 4-terbutilftalico [69]. l,os autores llevan a cabo una separaciónparcial de los isómeros por HPLC y MPLC usando columnas y solventes diferentes a losutilizados por los autores anteriores. Los espectros de RMN de lll indican la presencia.(le los cuatro isómeros l)2¡,, Cs, (3,, y (3,". aunque, debido a la separación incompleta, nopudieron precisar la proporción relativa. (le isóineros.

2.3 Estrategia y ruta sintéticaComo primer objetivo, se intentó la síntesis de. una ftalocianina que pudiera ser fácilmentepuriíicable y que permitiera trabajar con comodidad en los estudios fotoquímicos. Unalimitación importante en estos (los aspectos es la.solubilidad, por lo que se eligió un susti­tuyente que permitiera disolver con facilidad el colorante. El sustituyente terbutilo parecióadecuado [35], más aún teniendo en cuenta que, si bien existían algunas contradiccionesen las publicaciones, había alguna posibilidad (le obtener llll solo isómero [39]. Además,al tratarse de un sustituyente voluminoso, podía disminuir la capacidad que presentan lasftalocianinas de formar agregados en solución. Los trabajos previos en los que fue sinteti­zado este (‘.()In[)ll(‘Sl.(),no hacen mención alguna (le este comportamiento ni tampoco hanrealizado su caracterización fotofísica y fotoquímica.

Con respecto al metal central, se creyó conveniente utilizar un elemento como el Znque es capaz de conferir buenas propiedades de fotogeneración de oxígeno singulete (verCapítulo 5). '

Ya que el uso (le anhídrido ftálico sustituido con uu grupo terbutilo conduciría a la ob­tención de ftalocianinas altamente impuriíicadas [35, {lll/14,45, 46] y que.el empleo de isoin­dolinas como material (le partida no presenta ventajas adicionales para. Ia síntesis, se utilizócomo precursor de la ftalocianina.terbutilada al 3,4-dicianoterbutilbenceno (XXVIII).

Para la síntesis de XXVIII, se utilizó la secuencia de la Figura 2.13 A [37, 70, 7|].Si bien se hallaron en la literatura otras vías de síntesis para obtener los intermediarios(Figura 2.13 B y C) [35, 72, 73, 74], estas daban rendimientos moderados e involucrabanmas pasos .

Posteriormente, se. apuntó a obtener un colorante que presentara características lll­drofílicas y funcionales tales que favorecieran la interacción del mismo con proteínas opermitieran su unión química. con otras moléculas. Intentando además mantener las pro­piedades que el grupo terbutilo pudiera otorgar al compuesto, se eligió el sustituyente(l,l—dimeti|—2-amino)etilo. 'l‘eniendo en cuenta las condiciones drásticas en las que se lleva

DOOOOOOOOOOOOOOOOO00.000.000...OOOOOOOOOOOOOOOOOOO

DOC...OOO...OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCOOÓÓOOOOOOOOOOOOI

2.3 Estrategia y ruta sintética 21

| U xxw

2xxm__ N y

e égl/N ?2XXIV—>

Figura 2.I'_): Mornnisnm propuostn para lu sínlosis (lo lolrnlorlmtilflalnvianiua (lo '/,n(|l)a píll‘ïil'(¡1"Í-IOI'IHIIÏIÍÏillullilI'ÍIO y '/,II°.

22 - Síntesis de los colorantes

tBu

Feel3 Cu¿(CN)2 ZnA ’ Br ’ DMF '

2 Br CN

Br CN

XXV XXVII XXVIII

O

“A JL m B,BWwwC¿Ïw_b

Figura 2.13: Secuencia,do reacción para. la síntesis do tetratorbutill'talocinniIm de zinc (ll).

>00...000......OOOOOOOOOOOOOÓOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOC

2.4 Resultados 23

a cabo la condensación (le los l'talonitrilos, se utilizó como precursor N-[2-metil-2-(3,4-di­cianofenil)]propiIl'talimida (XXXIV) en la cual el grupo amino se encuentra protegidoen forma.de Í'lalimida, termicamente estable. Por tratamiento de XXXIV con zinc seobtuvo t.etrakis(l,l-(limetiI-2-I'l.aliInido)etill'talocianinato zinc (ll) (XXXVI), soluble ensolventes orgánicos, la cual fue convertida en tetrakis( I,l-(limetil-2-amino)et.ill'talocianina­to zinc (ll) (XXXVII) mediante su reacción con hidracina en Tlll".

Finalmente, se obtuvo una l'talocianina. catiónica, soluble en solución acuosa convir­tiendo a XXXVII en la correspondiente sal (le amonio cuaternaria (XXXVIII).

La secuencia completa de.sintesis se muestra en la Figura 2.|rl.

2.4 Resultados

2.4.1 Tetraterbutilftalocianinato zinc (II)

Al inicio del trabajo, no se contaba con terbutilbenceno (XXV) para iniciar la síntesispor lo que fue preparado también en el laboratorio.

Para la preparación de XXV3 se realizó una alquilación de I“riedel y (‘rafts de ben­ceno. ('omo agente alquilante se utilizó cloruro de terbutilo, también sintetizado en ellaboratorio [75]. La estructura del compuesto obtenido se analizó por RMN. El espectrode. “(Y presentó señales a 3|,37 ppm ((3 metílicos); 34,50 ppm ((1 cuaternario); 1‘25,“ppm ((3 aronuiticos 2 y (i); Ill-5,39 ppm ((3 aromático -'l); ¡28,06 ((3 aromáticos 3 y 5) y[50,87 ppm ((7 aromático l) [76]. l’ara. lll se observaron un singulete que integra para 9protones a. l,3 ppm (ll metílicos) y un multiplete en Ia.zona aromática que integra para 5protones a 7-7,Klppm (ll del anillo bencónico).

La bromación de XXV en para no presenta. problemas, ya que el sustituyente terbutilono permite la orlrrsustitución por impedimento estérico [72]. I'llcompuesto monobromadose encuentra ya desactivado para una. nueva sustitución electrol'ílica y la, introducción delotro átomo de broino en meta no es tan directa y requiere la.optimización de las condicionesde reacción. l-Ista reacción fue llevada. a calm anteriormente con rendimientos moderados

(45%) utilizando como catalizadores l"e(Ïl;t para XXV en ausencia de solvente. [70] y |"epara l,2-dibutilbenceno en (lll-¿(lb [37]. ICnlos dos casos se realizó el agregado de bromoa baja temperatura, seguido (le.un periodo de reacción a temperatura ambiente.

I'In este trabajo se realizó Ia. sintesis sin solvente, con l“e y dos moles de bromo pormol de XXV. I'Énlas condiciones de baja temperatura de literatura, sólo se obtuvo elpbromoterbutilbenceno (XXVI). Un aumento en Ia,cantidad de bromo [71] no mejoróel rendimiento y sólo hizo posible Ia.obtención de. pequeñas cantidades de. XXVII. Sólocuando se elevó Ia temperatura de reacción se pudo obtener el compuesto deseado en formamayoritaria.

Dado que el monobromo derivado y el dibromo derivado son líquidos, se separaron pordestilación y se. individualizaron por medio de RMN de lll (Figura 2.15).

lla zona aromática de XXVII presenta un doble. doblete centrado en 7,21 ppm co­rrespondiente al II“, el cual parte con [[5 (Jonu = .)llz) _vcon H2 (Jmmü = Illlz); los

3l’ara facilitar su identificación, en las últimas hojas (le.la tesis se encuentra una solapa desplegable conlos compuestos que. se mencionarán de aquí en más y los números que le fueran asignados.

24 Síntesis de los colorantes

C )

mk" o OQ]o Br?

DNF o xxxuxxx XXXI

R 1

o

Cu¿(CN)2 QCN Zn “Á.___, —* n’DM: CN

oXXXIV R1 R‘

XXXVI

R z R RJ

NHZNHz x/ cw DIVF ‘ /‘zn

1H= Y N/ ‘N

R R2 _(‘\/R R3

mmm xxxvul

R1=

Figura 2. M: Secuencia do reacción para la síntvsis de las ftalocianinas hidrofílicas.

i"

DOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO0...0...OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

2.4 Resultados 25

¡[fal

l

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—:U‘. JI__,. ______ _ _.. _____ _ ____.‘Jr\­

I I I I I I l l

" l 4 I y n un

Figura 2.”): I'Ïspot'lms (lo RMN (lo III (lo los ('ompmlslos XXVII y XXVI (H) vn(Él)(?|;;.

26 Síntesis de los colorantes

CDCI,

l /'\“1.... A _I._. L .A l ..' VW r" | W w ' r Y’“ wl l A l l l 'l l l A" l l 'l' 7 l l l l l l l l

lm ¡70 lll) la) lll) IX) ‘20 "O Im m fl) 70 M1 '10 JO Jn 20 m U

Figura 2.16: l'lspectro de RMN de “(l del compuesto XXVII en (Ïl)(Ïl_-,.

dobletes de Il; e [la se encuentran centrados en 7,67 ppm y 7,56 ppm respectivamente.l’or su parte, XXVI sólo muestra un doble doblete centrado en 7,40 ppm que integrapara los cuatro II aromáticos que forman un sistema A/l’XX’, pudiéndose observar unaJon” = Jllz y particiones adicionales debidas aque los dos pares de H son simétrica perono magnéticamente equivalentes. Las señales de los II de los metilos se hallan a 1,37 ppmen ambos espectros e integran para 9 protones.

La caracterización de XXVII se completó con el espectro de RMN de “(Í que semuestra en la Figura 2.l(i y se detalla en la 'l'abla 2.2.

l'Il intercambio de ambos átomos de bromo por grupos nitrilo involucra, una sustitu­ción nucleol'ílica aromática (SNA), reacción poco favorecida cuando el anillo bencenicotiene, además de los grupos salientes, sustituyentes dadores de electrones como es el ca­so del terbutilo. lla introducción rle estos nitrilos se realiza normalmente por reaccióncon cianuro cuproso en DMI". l'ln nuestro caso, para obtener el mayor rendimiento posi­ble, la reacrióu debió ser controlada. para, evitar que ella conduzca a la obtención de unal'talocianina metalica por tetramerizacicm asistida por la presencia de cobre [43, 70, T7].lla reacción se llevó a cabo utilizando cianuro cuproso recien preparado [75]. I'll dicianoderivado fue purilicado por destilación a presión reducida, separándose las trazas de [talo­cianina formada luego de una segunda purilicack'm por cromatografía a presión medianaeu columna de sílica (ver l’arte I'lxperimmital).

Una manera de obtener mejores resultados en las reacciones de SNA, es involucrar alcompuesto aromático a sustituir en complejos tipo 7rcon el objeto de disminuir la densidad

2.4 Resultados 27

Cl CI ClNaCN

C, + Cr(CO)6—> ——>Cr(CO)3

NC CN CN

¿<3 W (QE-—->

Cr(CO)3 CN

Figura 2.!7: Obtención de I't.alonit.riloutilizando (Ïr((Ï())(;.

cuat.

ll

'l‘abla.2.2: Datos de RMN de “(Í para los compuestos XXVII y XXVIII.

electrónica del anillo y favorecer el ataque nucleolílico sobre el mismo. Los complejos deltipo areno-tricarbonil cromo han sido muy utilizados para. este fin [78, 79]. listos complejosse han usado con eficacia en la SNA de dicloroarenos [80] y también han sido empleadosen la obtención de o-dinitrilos [8|] según se esquematiza en la Figura 2.17.

Para mejorar el rendimiento del compuesto XXVIII, se hizo reaccionar a XXVIIcon (Ïr((3()).¡ utilizando distintas condiciones (le reacción [78, 80, 82] pero no fue posibleobtener el derivado areno-tricarbonil cromo; recobrándose en la mayoría de los intentosel complejo de cromo de partida. Aparentemente el (Ïr((Ï())(; no reaccionaría con deriva­dos de l)I'()lIl(Il)(‘l|('(‘ll(),y sólo se han encontrado en literatura. complejos con compuestosaromáticos lluorados y clorados. l’or otro lado, sustituyentes voluminosos presentes en elareno dificultan la. formación del complejo 1r [78, 83], por lo que Se abandonó esta rutaalternativa.

La sustitución de bromo por nitrilo fue especialmente visualizada a través del espectrode RMN de “(Í que se muestra en la. Figura. 2.I8 y se analiza en Ia 'l‘abla 2.2.

Si se comparan los espectros (le XXVII y XXVIII, se observa la aparición de nue­vas señales a ll2-I Iti ppm debidas a los nitrilos introducidos. Las señales alil‘áticasprácticamente no se modifican. llos (Í unidos a los nitrilos se corren a campos más altosmientras que el (Í en para sufre un corrimiento inverso.

I'll paso siguiente fue la obtención (le tetraterbutill'lalocianinato zinc (ll) (XXIX) porreacción de XXVIII con cinc en polvo a alta temperatura [39]. La purificación porcromatografía en columna (le sílica.a mediana presión dio un sólido azul altamente solubleen una gran variedad de solventes orgánicos. Una segunda purificación por sublimación

28 Síntesis de los colorantes

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Figura 2.18: Espectro de RMN de “(.7 del compuesto XXVII] en (TDCI3.

condujo a un sólido brillante de color azul oscuro con las mismas propiedades de solubilidady cuyas propiedades espectrales de absorción y de, emisión fluorescente en solución detolueno fueron típicas de ftalocianina (ver Capítulos 3 y 4).

2.4.2 'I‘etrakis(1,l-dimetil-2-ftalimido)etilftalocianinato zinc (II)

El compuesto aromático XXXI se. preparó por condensación de ftalimida de potasio yl-cloro-2-metil-2-l'enilpropano (XXX) por una síntesis de (labriel [84]. Se eligió DMl“como solvente para lograr disolución parcial de la ftalimida de potasio en la mezcla dereacción [85] con lo cual se.obtiene mejor rendimiento. La ftalirnida de, potasio se. preparóa partir de ftaliniida y de KOll según Salzberg y col. [86].

La identificación inequívoca de XXXI resultaba. de vital importancia. dado que se tra­taba del primero en la secuencia.de síntesis de los colorantes no descriptos en la literatura.

lil espectro de masa y las principales rupturas se muestran en la Figura 2.19. Se.puedeobservar el ion molecular a m/z=279 con una abundancia. relativa de 10,9%. Los picosmás abundantes a m/z=119; 118 y 91 corresponden a señales típicas de hidrocarburosaromáticos y correlacionan con el N-sustituycnte presente en la. molécula. El pico base(m/z=119) se asignó a un catión terciario observado en el espectro de masa del terbu­tilbenceno, el cual por pérdida de etileno origina el característico ion tropilio (ni/z=91)[87]. La señal a m/z: l60 es distintiva de N-alquil ftalimidas y ltaloil aminoácidos [88)y laaparición de m/z=l32 puede.asignarse a la posterior eliminación de (IO en forma similara lo observado en N-alquil succinimidas [89].

2.4 Resultados 29

100 ­119

80 ­

60 ­o\°

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Figura. 219: I'Íspm-Im (lo musa y prim'ipalvs rupturas (lvl rompm‘slu XXXI.

30 Síntesis de los colorantes

6 (ppm)Cde l'euilo (7del anillo de I'talimida

(1'113 (J cuat. (3112 C=o C, | (:2 | C3 | (14 (I. | (,3, | (:4211,71 40.26 49,55 168,53 146,56 | 125,99 [128,10] 126,25 131,90l 123,09 | 133,76

'l‘abla 2.3: Datos (le RMN de “(Ü para el compuesto XXXI.

El espectro de RMN de lIl (Figura 2.20 A) presenta un singulete a 1,44 ppm queintegra. para. los seis protones metílicos; otro singulete correspondiente al gupo metileno a3,83 ppm y las señales en la zona. aromática. se sepa ran claramente en dos grupos: entre7,3 y 7,5 ppm aparecen las señales con un patrón característico (le protones aromáticospertenecientes a un grupo I'enilo monosustituido y entre 7,6 y 7,9 ppm se ubican losprotones aromáticos de ltalimida. No resulta. sencillo individualizar y asignar cada. una delas señales, aunque otras N-alquil y N-aril ftalimidas presentan espectros casi idénticos enforma y en desplazamiento químico para los protones de ftalimida [90].

A partir del espectro de l3C (Figura 2.20 B) no es posible realizar una asignacióninequívoca de las señales ya que se cuenta con dos anillos aromáticos. Sólo se.distinguenla señal del (I carbonilico (168,53 ppm) y la correspondiente a los grupos metilo (26,71ppm). Se realizó entonces un espectro de RMN bidimensional COSY C-ll que se muestraen la. Figura 2.2|. Observando la correlación entre las señales (le lll y “(3, y teniendoen cuenta. los valores de desplazamiento químico observados para. compuestos aromáticossimilares [76], se construyó la 'l‘abla 2.3 en la cual se asignan las señales de "‘(I.

Como identificación linal, se con lirmó la presencia de las (los bandas de absorción en elIR caracteristicas de estiramientos simétrico y antisimótrico del grupo carbonilo presentesen ftalimidas aalrededor (le 1750»1800cm"l y 1710-1745cm‘l respectivamente [91]. Comose observa en la Figura 2.22, las mismas aparecen a 1773cm‘l y l7l7 cm".

El siguiente paso fue la-bromación de XXXI. Este tipo de bromaciones se realizautilizando ácido acético glacial, (ÏCI4 o CS; como solventes en presencia de FeCl3 [75,86, 92]. Los intentos de. reacción de XXXI en estas condiciones condujeron a resultadosnegativos. Dado que el electo atractor de electrones de los carbonilos desactiva. el anilloaromático, se trabajó entonces agregando el bromo en condiciones más drásticas, a latemperatura de fusión de XXXI. ICIanillo de l'talimida esta lo suficientemente desactivadocomo para. no ser afectado por la bromación.

N-[2-Metil-2-(3,4-dibromofeniI)]propilfta|imida (XXXII) fue obtenida con buen ren­dimiento (74%), encontrándose un 6% del derivado tribromado, N-[2-metil-2-(2,4,5-tribro­mofenil)]propill'talimida (XXXIII). Ambos compuestos fueron facilmente identificadospor los espectros de masa debido a la relación entre las intensidades de, los iones que. con­tienen atomos de bromo. Dado que, la abundancia isotópica es del 50% para el 79Br y parael ’“Br, es de esperar en la zona del ion molecular una. relación entre las intensidades delos iones dada por la 'l‘abla 2.4 [93, 94].

l’ara XXXII se observó en el espectro de masa. una relación ¡22:1 entre las intensi­dades correspondientes a. los iones m/z=435 (M+-2); 437 (M‘l’)y 439 (M++2). Además,la pérdida de un átomo de bromo condujo a una relación lzl entre los iones m/7.=358

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2.4 Resultados 31

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Figura 2.20: RMN (lo lll (A) y (lo l"‘(' (B) (lol ('mnpuoslo XXXI on (7|)(Ï|;;.

M++2 M+-I-3Álmnus (lo hrmnn M+-3 M+-2 M+-l M+ M+ Hl I 1

2 l 2

3 1 3 3 l

Tabla 2.4: Relación outro la. intunsidados (lo los ¡unos provoniontos (lo compuestos broma­dos.

32 Síntesis de los colorantes

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Figura 2.2|: Espectro (lo RMN (ÏOSY (Ï-ll del compuesto XXXI on (Ïl)(‘.l:;. Rpcuadro:ulnpliurk'm (lo la, zona entre 136 _\’[20 ppm.

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2.4 Resultados 33

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Número de onda (cm ']

Figura 2.22: I'Islwrlro IR (le ('nmpuosto XXXI vn puslilla (lo Klir. Rocumlrn: ampliación(Iv In 2mm vn| rv [500 y 2500 ('m"'.

34 Síntesis de los colorantes

(M+—7!))y 356 (M+-8|). I'Ïl pico base del espectro lo constituye el ion m/z=l()'(l; identili­catorio de las N-alqnil flaliinidas, ya mencionado en la descripción del espectro de masade XXXI; observándose además un patrón de rupturas similar. En este caso, los análogosa In/z=118 y 119 de. la Figura 2.20 son los grupos de iones centrados en m/z=276 y 277respectivamente. La relación 1:22] entre las intensidades de m/z=274; 276 y 278 por unlado y entre m/z=275; 277 y 279 por otro, vuelve a indicar la presencia de dos átomos del)l'()lll().AI igual que en XXXI, el catión terciario es más abundante que el originado pormigración de metilo. Finalmente, entre m/7,=196 y 199 vuelve a observarse Ia relación lzlentre los iones resultantes por perdida de un átomo de bromo a partir de las familias conm/z=276 y 277.

Para XXXIII se observó la relación de intensidades correspondiente a tribromo deri­vados a rn/z=5]3; 515; 5l7 y 5|!) y una interesante relación 2:3:2 entre los picos In/z=434;4136y 438 correspondientes a un ion dibromado, formado por la perdida de un isótopo8|Br o uno 79Br. I'Ïl pico base lo constituye nuevamente el ion m/7,=160.

Las zonas relevantes de los espectros de masa de los compuestos bromados se muestranen la Figura 2.23.

Las posiciones en las cuales se produjo la bromación fueron identificadas para los doscompuestos por medio de los espectros de RMN de lll (Figura 2.24). Para XXXII, seobserva gran superposición entre las señales correpondientes a los protones de. los dosanillos aromáticos. Sin embargo, por comparación con XXXI, es posible identificar a6:7,80 ppm y a, 6:7,76 ppm los protones de l'talimida, cuyos desplazamientos químicosno fueron modificados por la sustitución efectuada en el otro anillo. l’ara Ia asignación delas otras señales también resultó útil el espectro de XXVII (Figura 2.15 A), observándoseel mismo patrón corresprmdiente a la trisustitnción 1,3,4: un doble doblete centrado en7,28 ppm con .l.,,.¡_.,= .) Ilz y Ju...“ = Il llz; un doblete centrado en 7,56 ppm (con Jun“) yel tercero centrado en 7,67 ppm (con Jumm).

l’or otro lado, para XXXIII resulta sencillo identificar las señales de los protones deftalimida entre 7,56 ppm y 7,78 ppm. En la zona aromática se observan además sólo dossinguletes a 7,45 ppm y 7,82 ppm, lo cual indica que los dos protones se encuentran enpam uno con respecto al ot ro y que.el anillo se encuentra l,2,4,5-telrasustituido.

En base a. la experiencia anterior, para obtener el dinitrilo derivado de XXXII seprocedió directamente a realizar la sustitución nucleofl'licasin intentar el uso de complejosmetalicos de cromo. Cuando se analizaron los productos de la reacción de XXXIII concianuro cuproso por tlc, se obtuvieron tres compuestos. Uno de ellos fue fácilmente identi­Íicado por su color azul y por el espectro de absorción UV-visible como la correspondienteftalocianina de cobre (ll) formada a partir del l'talonitrilo XXXIV y de Cu(|l) originadopor oxidación de de una pequeña parte del Cu(l). Los otros dos compuestos presentaronuna banda de absorción IR a 2234 cln‘l correspondiente al grupo nitrilo, a la vez quemantuvieron las dos bandas del carbonilo de ftalimida a 1773 cm'l y l7ll cm’l (verFigura 2.25 y comparar con XXXI cuyo espectro IR se muestra en la Figura 2.22). I'llespectro de masa del compuesto de menor Rr mostró el ion molecular a m/z=329 y elpico base a m/z=l6(l Inientras que. en el de mayor Rr se observó tambión el pico base am/7,=|(i() pero, a modo de iones moleculares, se observaron dos picos de igual intensidadrelativa separados por 2 unidades de masa a m/z=382 y 384. De este modo se identi­

2.4 Resultados 35

100 ­

80 ­

60 - A

°\° 40 —

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20 — ’0 '11) | D ) ¡|¡

150160 190 200 270 280 350 360 430 440

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0 'I)('1 T7)(Lllll150 160 430 440 510 520

m/z

Figura 2.23: Soñulos más impnrlanlvs (lo los osporl ms (lo masa (lo los ('omprslns XXXII(A) y XXXIII (Is).

36 Síntesis de los colorantes

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Figura 2.24: l'Éspoctros(lo RMN (lo lII dv los compuestos XXXII (A) y XXXIII (B) (‘n(‘.|)(7l;¡.

2.4 Resultados 37

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85­.9

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Número de onda [cm ')

Figura 2.25: I'lsporlm IR (lo XXXIV vn pastilla (Iv KBr. Rovumlro: ampliación (lo la¡unn MIer HHH)y 2500 un".

38 Síntesis de los colorantes

licaron ambos compuestos como el dinitrilo XXXIV y el producto de monosustituciónN-[2-metil-2-(3-ciano-4-broruofenil)]propilftalimida (XXXV), respectivamente. lil espec,­tro (le RMN de l3C de ambos nitrilos mostró las señales características de los carbonos(le nitrilo y del átomo (le carbono unido a el en la zona cercana a l IS ppm, las cuales seencontraban ausentes en el precursor XXXII (ver Figura 2.26).

A partir de XXXIV y de zinc en polvo a 210°C se preparó la I'talocianina tetra­kis(l,l-dimetil-2-l'talimido)etill'talocianinato zinc (ll) (XXXVI) la cual, a diferencia detetraterbutill'talocianinato zinc (ll), no se pudo purificar por sublimación. La solubilidadde este colorante en solventes orgánicos no es tan amplia como la del derivado terbutilado;es soluble en solventes aromáticos, solventes halogenados y alcoholes de cadena modera­damente larga. lis insoluble en hidrocarburos, éter y metanol. El espectro de absorciónUV-visible y el (le Íluorescencia fueron usados como identilicacicm preliminar, resultandoser de la forma esperada para las l'talocianinas metálicas.

2.4.3 Tetrakis(l,1-dimetil-2-amino)etilftalocianinato zinc (II)

Este colorante y el siguiente, se prepararon a partir del macrociclo ya. formado por mediode reacciones que involucraron a los sustituyentes perilérims. Se. trabajó siempre conun exceso (le reactivo con respecto a los sustituyentes a modificar, buscando asegurarconversión completa para evitar la formación de isómeros funcionales.

Para llegar al grupo amino, se. debió llevar a cabo el segundo paso (le la síntesis (le(¡abriel consistente en la eliminación del grupo l'talimida para dar origen al amino primario.(Jon tal lin, pueden utilizarse varios procesos:

o l'lidrólisis ácida y alcalina.

o Aminólisis.

o llidracinólisis y fenilhidracinólisis.

o Conversión a isoimida e hidracinólisis a. bajas temperaturas.

Las tres primeras reacciones constituyen los procedimientos clásicos [84], mientras queel Iiltimo metodo fue desarrollado para el caso especílico de moleculas con grupos sensiblesal tratamiento ordinario con hidracina e involucra un paso adicional de conversión del'talimida en isoimida y tratamiento con hidracina a -2l)°C [95].

Las hidrólisis ácida y alcalina suelen llevarse a cabo con ácidos y bases concentra­dos (6 M) y mediante largos rellujos en el caso de los ácidos [96, 97]: mientras quelas aminólisis suelen conducir a mezclas de productos [98]. l'Ïn cambio las hidracinólisis,aunque originalmente fueron desarrolladas en caliente [99], han sido muy utilizadas encompuestos complejos, trabajando a temperatura. ambiente y obteniéndose buenos rendi­mientos [l()0, 101, 102]. l'lsta reacción procede. a través de. la formación de una sal entrela amiua a sintetizar y ltalhidracida, que luego se descompone por tratamiento con árido(Figura 2.27). La l'talhidracida, insoluble en medio acuoso, es normalmente eliminadapor filtración. (Yomosolventes suelen usarse etanol o metanol. En el caso de XXXVI,dada su insolubilidad en ambos alcoholes, fue necesario recurrir a. un solvente alternativo,

2.4 Resultados 39

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Figura 2.26: I'Ïspt‘rlrns (51‘RMN (lo “(r (Iv XXXII (A). XXXIV (n) y XXXV ((') m.(7|)('I;,.

40 Síntesis de los colorantes

o 0 e

N G)

N_R+ Nl'l2_NH2-—>0 o

Figura. 2.27: l)escomposici(m de ftalimidas por tratamiento con Iiidracina.

eligióndose 'l‘lll“ por su alta. capacidad de disolver a XXXVI y por ser fácilmente elimina­|)|e a bajas temperaturas. Por otro lado, existían antecedentes de esta reacción en óteressimilares como el dioxano [lOl].

Se. hizo reaccionar la I‘talocianina XXXVI con llidraciua. en 'l‘lll" y se obtuvo Letra­kis(l,l-dimetil-2-amino)eti|l'talocianinato zinc (ll) (XXXVII) como un sólido verde. Lapresencia (le. los grupos amino en este colorante aumentó la posibilidad de trabajar conesta ftalocianina. en medios acuosos, ya que es soluble en soluciones de ácidos diluidosy en soluciones de l<2lll’()4 y de l<ll2l)04. La solubilidad en solventes orgánicos se vedisminuida, disolvióndose sólo en solventes clorados y en aquellos usuales para. l'talocianinascomo DMSO y |)Ml“.

2.4.4 Tetrayoduro de tetrakis(l,l-dimetil-Z-trimetilamonio)etilftalocia­ninato zinc (II)

La solubilidad de XXXVII en medios acuosos se vio limitada por las característicasbásicas de los sustituyentes alnino. No es posible disolverla en soluciones neutras y aldisolver el clorhidrato, se obtienen soluciones acidas. Para evitar este problema, se realizóuna última transformación sobre el colorante XXXVII, consistente en la cuaternizaciónde sus cuatro grupos amino primarios para obtener una sal soluble en medios acuososueutros.

La metilación exhaustiva de.aniinas se realiza usualmente utilizando un exceso (le CHglcomo agente metilante [75]. Las reacciones son, en general, exotérmicas y se completansin necesidad de calentamiento. (lomo solvente suele usarse DMF u otros solventes polarescomo acetona, acetonitrilo o acetato de etilo. I'lsimportante incluir en el medio de reacciónuna base impedida capaz (le captar el ácido generado por la reacción de alquilación, peroque no consuma Cllal en las condiciones de trabajo. A tal electo se utilizan aminasterciarias con sustituyentes voluminosos [103].

La reacrión llevada a.cabo sobre XXXVII condujo a la ftalocianina catiónica tetrayo­duro de tetrakis(l,l-dimetil-2-trimetilamonio)e|.ilftalocianinato zinc (ll) (XXXVIII), lacual se obtuvo en forma de un sólido higroscópico de color verde oscuro . Este colorante esmuy soluble en agua, obteniéndose soluciones de pl'I=T, es insoluble en solventes orgánicosanhidros, incluso eu los solventes halogenados, mientras que resulta soluble en solventeshidrofi'licosque contengan pequeñas cantidades de agua.

>OOOOO...OOOOOOOOOOOOOOÓOOOOOOOOOOOOOÓOOOOOOOOOOOO

2.4 Resultados 41

2.4.5 Identificación espectroscópica y cromatográfica de los colorantes

Una vez obtenidas cada una. (le las l'talocianinas, se llevó a cabo una identificación preli­minar por medio de los espectros de absorción UV-visible y de lluorescencia (Secciones 3.2y 4.2). A partir de ellos es posible confirmar la formación del macrociclo y la. incorpora­ción del zinc como metal central. La presencia. de los sustituyentes periféricos deseados severilicó combinando la información obtenida a través de los espectros (le. RMN de lll yespectrometría de masa. Finalmente, se intentó obtener información relacionada con losisómeros posicionales. Para ello se realizó un análisis por lll’l,('. de aquellos productoscuyas caracteristicas de solubilidad así Io permitieran.

Espectrometría de masa

(Ïuando se realizaron espectros (le masa utilizando ionización por impacto electrónico a70 eV no pudo observarse el ion molecular; se obtuvieron fragmentos muy pequeños queno permitían determinar la estructura de los compuestos ni decidir si se trataba de Iamolécula deseada. Se recurrió entonces a un metodo suave de. ionización/desorción comoes el bombardeo con átomos rápidos (FAM), apropiado pa ra moleculas de alta masa, molary estructura compleja [lO-1,l()5]. Las ftalocianinns XXIX, XXXVI y XXXVII fueronsuspendidas en una matriz de alcohol m-nit robencilico, mientras que para la.sal XXXVIIIse, utilizó glicerol.

l’ara. el compuesto XXIX, el menos polar (le los cuatro, se obtuvo un espectro muybien definido, con un patrón (le iones típico de compuestos con grupos hidrocarbonados.El principal fragmento corresponde al ion molecular (M+) a. m/z:802, con picos satélite,separados por IT)unidades de. masa correspond¡entes a perdidas y adiciones sucesivas de.grupos metilo. l'lntre estos pequeños picos con intensidades relativas no mayores al 5% sedestaca el de lll/22744 (abundancia. relativa lt)%), adjudicable a la. perdida de un grupoterbutilo completo.

Para XXXVI. se obtuvo como señal principal un grupo de picos con centro enm/7.=I386 correspondiente a M+ + 4 mientras que para XXXVII se observaron señalescentradas en m/z=86l (M+ — l) y una serie. espaciada en 30 unidades de masa, posible­mente debida a,perdidas sucesivas de [(‘llgNllfl'.

I‘lnel caso de Ia sal de amonio cuaternaria, no se pudo observar el ion molecular y seobtuvo un espectro algo mas complejo que en los casos anteriores. Dadas las caracteristicasiónicas del compuesto, podía esperarse la obtención del catión M+ — I27 que indicara la.perdida de un yoduro como ion mayoritario. l‘Iste ion (m/7: 415) se observa con muybaja abundancia relativa. Las señales más interesantes aparecen entre m/7,=990 y 600. I'llpatrón se origina con el pico de m/z=.‘)89 el cual proviene de la perdida de tres moleculasde (Éllgl a partir del ion m/zzl/l |5 [106]. I'Éste.ion permite plantear pérdidas sucesivas (letrimetilamina. [107]y obtener, por eliminación (le cuatro moleculas, el pico más abundantea m/z=752; observándose tambien los intermediarios correspondientes a. m/z=929; 869y 8l l. Además, las señales que l'orman todo el grupo se encuentran separadas por l5unidades de masa, debido a la perdida. muy favorecida de metilos del grupo terbutilo obien a,la perdida de ('ll.¡ a partir del grupo amonio cuaternario [l07].

'l‘odos los espectros de masa se muestran en las Figuras 2.28 y 2.29.

42 Síntesis de los colorantes

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.4.2:s1.8251.435

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90_ B l .SEIes- ¿.354ao. -4.om

75- .. m 3.32470. 3 I .2: 3.554

65. l II: 3.324_ ...60- u 2:: -3. 0:4

55- E F: '2.sm

50 2; I -2.5:445- 3 l :1: 3.354ao- II l un :3 2.024

35. I l II: 4.52430. ’. n- i+l_*áL1.-Jh:7erï.=‘ïm .....m‘ïáa. 4-5“25. -1 . 381

20- 4.03415- _7.533

1o_ -5. on5- 2.5;3uuu.xqum¡MMM I ' ¿Mao

1220 1240 1260 1280 1300 1320 134o 1350 1300 1400 1420 1uo 1460 H/z

Figura.2.28: Espectms dv masa por FAI)(lc las flalocianinasXXIX (A) y XXXVI

>OOOOOOOOOOOOOO0....OOOÓOOOOOOOOOCOOOOOO0.0.0.0...

¡0.0.0.0.00000000000000000000000000000000000000000

2.4 Resultados 43

10m 861 3.335

95- ¿1.125

so- A 3.035as. _2.a=5ao- -2.635

75. -2.5¡:5

70- 2.325

65 3.135oo- ¿.02555- -1.ass50 _1.655

45- -1.sss33140- -1.3:s

35. 4.22530- 3.93425- “1 _a.2u

20- 7.1 771 o“ , 5.634787

15- 756 l 016 . _4.9s4. ‘ I I - ‘

10- ' I i ¡‘ 1 ‘ ' I -3.3u‘ x l 1 ‘ .

5 ' l 'v ' : ‘ ' 1.684‘ E F‘IU] g i "’ L ,o I ' 0.030

70 1 o ao a o soo 9 o ¡ooo 1050 n

¡om 152 _ -3 .735. m . 1..“

95- . II ¿{3; 43.235

90- B '12! 7.035as- E t: l 22:: mms

so- i 3. _s.sss.¡5 712 739 Ï no 2 _s.sss70. í: 6.185

ss ; -5.szs597 .

_s.235

ss- y. g; 'i 4.325

so . j ' ; 4.335

.3.9353.535

_3.0BS

_2.655-2.285.1.755.1.3BS

.B.7Ed

.4.3E4

_0.0EOm/I6:

Figura 2.29: I'Ïspm-Hns(lo musa por FAR (lo las Í'talncianinas XXXVII y XXXVII].

44 Síntesis de los colorantes

C(.D,.

Figura 2.30: RMN de |ll de la l'talociauiua XXIX en (tuna.

RMN de lll

En general, la baja. solubilidad en solventes apropiados y la gran tendencia a I'ormaragregados de las l'talocianinas diÍicuItaron la obtención de buenos espectros de RMN. Noobstante, la acumulación de pulsos durante varias lloras para. las muestras más diluidaspermitió conseguir espectros por medio de los cuales se pudo confirmar la estructuramolecular. De todos modos, como se observará. en los espectrOs, a menudo se obtuvieronseñales anchas debido a la interacción entre, las moléculas que forman los agregados.

I'ln la Figura 2.30 se muestra el espectro de RMN de 'll de la ftalocianina XXIXen ('.(;l)r,. Los protones aromáticos del anillo de l'talocianina aparecen a. |(),(); 9,8 y 8.2ppm; observándose la partición de los hidrógenos unidos a átomos de carbono adyacentescon Jem, = 7,2 Hz. La señal correspondiente a los metilos se encuentra. a 1,7 ppm yla aparición de cuatro picos de distinta. intensidad, muy próximos entre sí, indica queel compuesto obtenido no corresponde al isómero de simetría. Cgv puro [39] sino que seobtuvo una mezcla de isómeros.

Losespectros de XXXVI (Figura 2.31) y XXXVII (Figura 2.32) fueron realizados en(Ïl)()l3 debido a problemas de solubilidad en benceno. Los espectros que se muestran sonlos mejores que han podido obtenerse con concentraciones bajas de colorante, a pesar delo cual las señales son muy anchas debido a. In.fuerte agregación. Dada esta. circunstancia,no fue posible observar la partición de los protones ni sacar conclusiones acerca de la

00......CÓÓÓÓÓOÜÜÜÜÍÜÓÓÓCCÓÓÓDDDIUDDDDDDDDDDÓÓÓÓÓ

2.4 Resultados

I

Figura 2.3|:

coo,

// .r-—-/

/ .1

| I

RMN (lo lll (lo In Í‘lnlm'ianina XXXVI on ('l)(7l;;.

45

46 Síntesis de los colorantes

____/I

/

I ' u‘ “""l’ V l" I I l I"'° ‘7 5 I a a A J 2 n o nm

Figura 2.32: RMN (lo.lll (lo lu flnlocíanina. XXXVII on (Ïl)(7l;;.

2.4 Resultados 47

/,.’

ÍI

I

j

0,0

l

.'. .L I .' ' ' ,1 J ,' ' I Á um

Figura 2.33: RMN (le l|| (le la,ftalocimtina XXXVII].

presencia «le isómeros.l’ara XXXVI se observan señales en la '/,onaaromática correspomlientes a los protones

(le flalocianina entre 9,0 y 7,8 ppnl y una señal muy intensa que integra para los ltiprotones (le I'talimitla, centrada en 7,6 ppm. Hu Ia zona alil'ática se observan señales,tambien anchas, para los metilenos a 4,0 ppm y para los metilos a |,7 ppm; consistentescon las que mostrahan los precursores XXXI, XXXII y XXXIV.

I'Énel caso (te la I'talocianina XXXVII las señales aromáticas se hallan algo másdelinidas aunque tampoco puede observarse la partición. A ¡,5 ppm está el piro (le metiloy aunque parecería formado por varias señales muy próximas, esto podría. deberse tambiéna Ia agregación. A 2,I3 ppm aparece una señal mucho más ancha que las (lemas, queintegra para los R protones (le los grupos amino y que se superpone con la (le los protones(le metileno, a 2,5 ppm aproximmlamente.

I'llespectro (le la sal (le amonio cuaternavria XXXVIII que se muestra en la Figura 2.33,fue realizado en |)g(). Se utilizó una solución muy (Iiluitla pero, debido al valor muy alto (lesu constante, de agregación (Sección 3.2), las señales obtenidas son sumamente, anchas. lismuy difícil sacar conclusiones con respecto al origen (le la.partición observada. y determinarsi es debida a la interacción entre las moleculas que forman los agregados o a la presenciade isómeros. I'Énbase a la integración, se asignó a los protones aromáticos de ftalociani­

48 Síntesis de los colorantes

PICO # AREA% TR. AREAl 12,383 2,94 527i2 14,079 3,86 59933 47,634 4,63 202774 25,904 5,64 l 1027

TOTAL 100 42568

Figura 2.34: Detalle del cromatograma por Ill’l,(f para XXXVI.

na la debil banda observada ent re 9,4 y 8,3 ppm y a los protones de metilo pertenecientesal grupo terbutilo, la señal ancha en 2,3 ppm. I'll multiplete observado entre 3,] y 2,8ppm contiene las señales de los metilos unidos al ¡itomo de nitrógeno y de los protonesmet ilóuicos.

Cromatografía líquida de alta resolución

I'llanalisis por HPLC de las l'talociauinas sintetizadas permitió obtener información acercade Ia. presencia inequívoca de isómeros posicionales y comparar con Io informado porotros autores. Cste análisis sólo I'ue posible para los compuestos XXIX y XXXVI. I,oscompuestos XXXVII y XXXVIII se adsorben irreversiblemente a la sílica normal y ala sílica de fase reversa (Rl’18). Sólo utilizando placas de celulosa y acetonitrilo/HCI 0,01M 50:50 V/V pudo comprobarse la pureza de XXXVII al observarse una. sola mancha.Esta observación no es indicador de un isómero único, ya que Io mismo se había observadopara XXIX y XXXVI, con distinto solventes, en placas de sílica y de RI’IH y, como severá más adelante, por HPLC se logró una separación más eficiente.

Para XXXVIII no pudo encontrarse un soporte adecuado para comprobar su purezapor cromatografía. De todas maneras, XXXVII y XXXVIII fueron obtenidos a partirde XXXVI _yposeerán Ia.misina distribución de isómeros que su precursor.

Si bien, como ya se mencionó, se obtuvo una. sola banda por tlc. y una sola banda porcromatografía en columna para XXIX y XXXVI, se observó un comportamiento distintocuando el análisis fue realizado por HPLC. l’ara XXIX, tanto en columna de sílica como deRPM, se obtuvo un solo pico aún variando la polaridad de la fase móvil: tolueno/metanolen distintas proporciones para sílica, attetonitrilo/(ÏllgClg en distintas proporciones paraRPIH. En el caso de XXXVI, se logró identificar la presencia. de los cuatro isómer0s posi­cionales en una relación l:l:4:2, dada por la integración de los picos. La mejor separaciónse logró con una columna de va’l8 eluyendo con acetonitriIo/diclorometano 85:15 a l mIpor minuto. Como se ve en la Figura. 2.34, aunque la separación de los isómeros obtenidafue parcial, la relación entre. ellos coincide con Ia distribución estadística. Esto permiteafirmar que el sustituyente no ejerció ninguna acción que orientara Ia condensación de losftalonitrilos hacia la obtención de algún ¡sómero en forma preferencial .

lin lo que respecta a XXIX, la cromatografía no permitió probar la presencia de

2.5 Parte experimental 49

los isómeros. Sin embargo, teniendo en cuenta lo hallado para XXXVI, las señales delos metilos en el espectro (le RMN de lll sugerirían la posibilidad de que los isólnerosestén efectivamente prPSentes y que no haya sido posible su separación con las columnasdisponibles.

2.5 Parte experimental

Los puntos (le fusión no están corregidos y se determinaron con nn aparato Fischer-JonesFHR. Los espectros (le RMN de 'll y “(É fueron realizados en un equipo Bruker AC200.Los espectros (le masa con ionización por impacto electrónico a 70 eV se realizaron enun espectrómetro TRIO 2-2000 y los de bombardeo con átomos rápidos (FAB) en nnespectrómetro ZAB SI'ÉQ(VG l"isons). Para los espectros de absorción UV-visible seutilizó un espect rofotórnet ro Shimadzu llV—l60 y los espectros de.absorción en el infrarrojofueron realizados con un espectrofotómetro por transformada de Fourier Nicolet 5l0l’. l.osanálisis elementales se realizaron con un equipo (‘arlo l'Ïrba ICAI 108.

Las separaciones por cromatografía líquida de alta presión fueron realizadas en unequipo modular Sllinladzn LC-GA con detección por absorción a 680 nm. Se utilizaroncolumnas l’erkin-l'llmer de silica l00-5 y de. fase reversa (2318-sil-X-5(ambas de 25 cm X4,6 mm).

Para las columnas de cromatografía se utilizó sílica gel para placa Merck ('l‘LC Kie­selgel). Para cromatografía en capa delgada se utilizaron placas comerciales de sflica conindicador fluorescente de 0,25 mm de gromr (l"-25-1Merck) y placas de celulosa Kodak sinindicador (Kodak (Thromagram sheets).

2-Cloro-2-metilpropano (cloruro de terbutilo) [75]Se colocaron en una. ampolla de decantación 25 g (0,34 moles) de 2-metil-2-propanol

(alcohol terbutílico) y 8.")ml de. llCl concentrado, y se agitó la mezcla durante 20 minutos.Se dejó decantar y se descartó la capa acuosa (inferior). Se lavó la capa orgánica con 20ml de NagCOg al 5% y luego con 20 ml de agua. Se secó con MgS(),¡, se. filtró y destiló,recogióndose el producto entre 49 y 51°C (p. e. Iit. 50,9"C [l08]). Se.obtuvieron 21,8 g(70% de rendimiento). Anal; calc. para. (Ï.¡ll9(ll: (Ï: 5|,00; ll: 9,80; enc.: (Í: 5|,86; ll:9343.

2-Metil-2-fenil propano (terbutilbenceno) [75]Se preparó un balón con ampolla de decantación protegida de la humedad por una

trampa. con (Ïa(‘.l.¿,agitador magnético y refrigerante para reflujo cuya salida se conectóa una trampa para absorber gases. Se colocaron en el 50 g (0,33 moles) de AICI3 anhidroy 200 ml (2,25 moles) de benceno seco y se enfrió la mezcla con nn baño de hielo. Seagregaron con agitación 59 ml (0,54 moles) de 2-cloro-2-metilpropano por medio de laampolla durante 4-5 horas, manteniendo la temperatura entre 0 y 5°(Ï . Finalizada Ia.adición se continuó agitando una hora mas y luego se le agregaron a la mezcla de reacción200 g de hielo picado y finalmente ¡00 ml de agua fría. Se destiló la mezcla.por arrastre convapor, se separó la fase orgánica del destilado y se extrajo la fase acuosa con dos porcionesde 50 ml de eter, las cuales se mezclaron con la fase orgánica. original. La mezcla líquida se

50 Síntesis de los colorantes

secó con MgSOM se evaporó el óter en baño de agua y se destiló el residuo utilizando unacolumna de fraccionamiento. Se recogió la porción de. punto de ebullición l65-l70"(3 (lit.lti9,l"(Ï [l08]) obteniéndose 47,8 g de. terbutilbmnceno (67% de rtuidimiento). Anal.: calc.para (Ímllnz (.3:89,49; H: l0,51;enc.: (,‘.:89,75; H: ¡0,48.

1,2-Dibromo-4-(dimetil)etilbenceno.l'Inun balón provistode ampolla de decantación y refrigerante para reflujo, se colocaron

25 ml (0,l6| moles) de terbutilbenceno y 0,542 g (0,01 moles) de Fe a 50°(Ï con agitación.Se agregó un cristal de lg y, gota a gota, por medio de la ampolla, ¡7,6 ml (54.0 g;0.34 moles) de. llrz durante. 2,5 lloras. Finalizado el agregado, se mantuvo la. agitación a50°C durante 6 lloras y luego a temperatura ambiente por l2 lloras más. Se agregaron25 ml de (.ÏllgClg y se lavó la mezcla. con tres porciones de 80 ml de una solución 5% enNa()ll y 5% en Nagsgog; luego con agua y se secó con lVlgS(),¡. Se evaporó el solvente vel residuo liquido se destiló a presión reducida (5 torr) recogióndose 0,53 g del derivadomonobromado a ¡06°C y l4,l5 g de l,2-dibromo-4-(dimetil)etilbenceno a l2l-l22"(7 (p.e. lit. I2l-l22°(Ï [72]). Se obtuvo un 30 % de rendimiento. Ana|.: calc. para (lmllnllrzz(‘: 4|,l3; H: 4,14; enc.: (Í: 4|,05; Il: 4,l4.

1,2-Diciano-4-(dimetil)etilbencenoSe calentaron a reflujo l g (3,4 mmol) de l,2-dibromo-4-(dimetil)eti|benceno y 0,67 g

de (Ïug((ÏN)2 en 6 ml de. l)Ml" bajo atmósfera de. N2 durante 5 lloras. Se.enlrió y se volcóla muestra en 45 ml de Nllg concentrado y se dejó [2 lloras con agitación y burbujeo deaire. Al precipitado obtenido se lo liltró, secó y sometió a una extracción continua coneter en un aparato de Soxhlet por 2 días. l.a solución eterea se evaporó al vacío y elresiduo se destiló a presión reducida (5 torr) recogiendose. la fracción mayoritaria entre105 _v l70"(' como un aceite levemente verde que luego solidilica. l‘Ïl sólido se purilicófinalmente por cromatografía en columna de sílica (4 x 35 cm) utilizando tolueno comosolvente de desarrollo obteniéndose 0,295 g de un sólido blanco (47% de rendimiento); p.f. 55-56%? (lit. 55-57%) [35h. Anal; calc. para (7‘.¡2ll¡2N2: (3: 78,23; Il: 0,57; N: 15,20;enc.: (Í: 78,19; H: 6,54; N: ¡5,19.

’I‘etrnterbutilftalocianinato zinc (Il)Se mezclaron en un balón 270 mg (¡,5 mmol) de l,2-diciano-4-(dimet,i|)et.ilbenceno y

¡30 mg (2 mmol) de Zn cn polvo y se calentó con agitación a 220"C en un baño dc aceite. Amedida que avanza la reacción, la.mezcla adquiere un color verde y comienza a solidilicar.Se detuvo Ia reacción cuando la mezcla solidilicó por completo y se dejó enfriar. El sólidoobtenido se disolvió en (Ïl'lClg y se liltró por succión para eliminar el zinc que no reaccionó.Se. evaporó el solvente al vacio y se, sometió el residuo a una cromatografía en columnade sílica (4 x 30 cm) utilizando una mezcla de tolueno-(Jllgoll 95:5 como solvente dedesarrollo. Se obtuvo un sólido de color azul oscuro, el cual finalmente se. purilicó porsublimaci(')n a 6.l0'5m|)ar y 450"(7 para dar IZlHmg de producto (40% de remlilniento); p.l. >300°C. RMN lH: ó 9,99 (s, 4II. aromático de ftaIOcianina); .),80 (d, 4ll, .lo,.,,,=7,2llz,aromático de ftalocianina); 8,20 (d, 4H, Jo,¿(,=7,2llz, aromático de ftalocianina); [,66 (c,30H, metilo). Anat: calc. para C43ll4gNleli (Í: 7|,86; ll: 6,03; N: ¡3,96; enc.: (7: 7|,68;

DOOOOOO0.0.00.000...OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO0.0.0....

2.5 Parte experimental 51

H: 6,05; N: 13,97.

N-(2-Metil-2-fenil)propilftalimida .Se hicieron reaccionar 27,05 g (0,2 moles) de. ftalimida de potasio y 33,7 g (0,2 moles)

de 1-cloro-2-metil-2-fenilpropano en 100 ml de l)M1-‘a reflujo y con agitación durante 72horas. La mezcla se enfrió y se, le agregaron 100 ml de agua. La solución resultante seextrajo tres veces con 100 ml (le (Ïll(ÏI;;. Los extractos se mezclaron y se lavaron (losveces con 100 ml (le NaOll 0,3 M y una vez con 100 mI (le agua. Finalmente se secócon MgSO4 y se evaporó al vacio para eliminar el solvente. I'll aceite obtenido se destilópor arrastre con vapor para eliminar el l-cloro-2-metil-2-fenilpropano que no reaccionó,obteniéndose un sólido blanco insoluble en agua luego de la destilación. El sólido se enfrió,se filtró y recristalizó de una mezcla de CH30H y agua, obteniéndose 23,4 g de N-(2-me­til-2-fenil)propilftalimida (42% de rendimiento); p. f. ¡08°C. 1').M.: m/z 279 (M+,11%),119 (100%), 160 (11,5%). RMN 'H: 6 7,78 (rn, 411, anillo de ftalimida); 7,4 (m, 511, anillobencénico); 3,80 (14,211,metileno); 1,48 (s, 611, metilo). Ill (pastilla de Klir): 1773 y 1717(carbonilo de. ftalimida); 1397; 1383; 1335; 1050:0111; 714; 704 cm". Anal: calc. para(,'¡xl'l¡7N()2: (J: 77,40; 1|: 6,13; N: 5,01; enc.: (J: 77,20; ll: 6,15; N: 5,00.

N-[2-Metil-2-(3,4-dibromofenil)]propilftalimidaSe colocaron 1,5g (5 mmoles) de N-(2-metil-2-fenil)propilftalimida en un balón provisto

de un refrigerante y un septum de goma. La salida del refrigerante se conectó a una trampacon una solución 0,1 M en Na()H y 10% en Nagsgog. I'll balón se calentó con agitaciónmagnética a 140"C en un baño (le aceite y se agregaron lentamente 1,5 ml (0,03 moles)de Br? con una jeringa a través del septum durante 115minutos. Se lo dejó reaccionardurante 4,5 horas, luego se enfrió y se agregó (Jl-12(‘lg.La solución resultante se lavó dosveces con una solución 5% en Na28203 y 5% en Na()ll y una vez con agua; se secó y seevaporó al vacio a sequedad. El residuo se disolvió en la menor cantidad posible de toluenoy se purificó por cromatografía en columna de silica (5 x 30 cm) utilizando tolueno comosolvente de desarrollo. Se separaron dos bandas, siendo N-[2-metiI-2-(2,4,5-tribromofe­ni|)]propilfta|imida el compuesto que. eluye primero y el producto deseado, N-[2-metil-2­(3,4-dibromofenil)]propilftalimid a, el que se obtiene a continuación. Se evaporó el solventede las fracciones de interés y se recristalizaron ambos compuestos de Cl'13()H-agua. Seobtuvieron 1,74g de N-[2-metiI-2-(3,4-dibromofenil)]propilftalimida (74% de rendimiento);p. r. 103-104°(J. 14).M.: m/z 437 (M+; 2,8%), 439 (M++2; 1,5%), 435 (M+—2; 1,4%). 160(100%). RMN lll: ó 7,77 (m, 411, anillo de ftalimida); 7,69 (d, lll, .l=2 ll'/., II-z delanillo bencénico); 7,57 ((l, ll'l, .l=8 Hz, Hs del anillo bencénico); 7,28 (dd, lH, .156=8Hz,J26=2HZ, Hp,del anillo aromático); 3,78 (s, 211,metileno); 1,38 (s, 611,metilo). IR (pastillade. KBr): 1774 y 1711 (carbonilo de ftalimida); 1400; 1383; 1350; 1335; 1065; 916; 718;534 cm". Anal: calc. para (Ümll'sNOzBrg: (Í: 49,46; H: 3,46; N: 3,20; enc.: (Í: 49,30;ll: 3,44; N: 3,22.

De N-[2-metiI-2-(2,4,5-tribromofenil)]propilftalimida se obtuvieron 0,166 g (6% de, ren­dimiento); p. f. 172-l73"( Í. 1').M.: rn/z 517 (M++1; 2,5%), 515 (M+- I; 2,5%), 519 (M++3;0,8%), 513 (M+-3; 0,8%), 160 (100%). RMN lH: 6 7,07 (m, 411, anillo de ftalimida); 7,82(s, lll, anillo bencónico); 7,45 (s, Il‘l, anillo bencénico); 4,20 (s, 211, metileno); 1,45 (s,

52 Síntesis de los colorantes

611,metilo). lR (pastilla de Kllr): 1775 y 1721 (carbonilo de ftalimida); 1400; 1383; 1350;1339; 1063; 1026; 1013; 912; 7111;?18 cin-l. Anal: calc. para. (Ï¡3H¡,¡N()2llr;;: (1241,89;ll: 2,73; N: 2,71, enc.: (.1:40,76; H: 2,74; N: 2,70.

N-[2-Metil-2-(3,4-dicianofenil)]propilftalimidaSe calentaron a reflujo 0,954 g (2,2 moles) de N-[2-metil-2-(3,4-dibromolenil)]propil­

flalimida y 0,4 g de (Ïug((ÍN)2 en 10 ml de 1)Ml" durante 8,5 horas bajo N2. La soluciónadquirió un color verde a medida que Ia. reacción avanzaba. Luego se enfrió, se volcósobre 20 mI de NH3 concentrado y se burbujeó 02 durante unos minutos. AI precipitadoobtenido se lo Íiltró, secó y se lo sometió a una extracción continua. con ('ter en un aparatode Hoxlllet durante 4 días. La. solución etórea se evapuró al vacío a sequedad _yel sólidoremanente se lavó con hexano para eliminar el N-[2-metil-2-(3,4-dibromol'eni1)]propill'tali­mida que no reaccionó y el derivado monosustituido también formado en la reacción. Sedisolvió el residuo en una mezcla 98:2 de tolueno-(IHgOll y se lo purilicó por cromatografíaen colunma de sílica (4 x 35 cm) eluyendo con la mezcla tolueno-(iïll;;()ll 98:2. El sólidoque se obtuvo luego de evaporar el solvente se rcx'ristalizó de (Ïllg()ll—agua, obteniéndose0,180 g de producto (25% de rendimiento); p. l. 147°C. E. l\4.: m/z 329 (M+; 4,31%),160 (100%). RMN lll: 6 7,79 (m, 7ll, aromáticos); 3,83 (s, 2ll, metileno); 1,47 (s, 611,metilo). lli (pastilla de Kllr)i 2234 (nitrilo (IN); 1773 y 1711 (carbonilo de ftalimida);1402; 1387; 1358; 1337; 1067; 916; 731; 530 cm". RMN l3C: muestra cuatro nuevasseñales a ó l 15,63; 115,57; l 15,33 y l 13,71 correspondientes a. los dos nitrilos y a los (losátomos de carbono aromáticos adyacentes en lugar de las señales a (9 124,65 y 122,58 delos dos átomos de carbono aromáticos adyacentes a los átomos de bromo. Anal.: calc.para. (320H¡5N302: (3: 72,93; ll: 4,59; N: 12,75; enc.: (3: 72,77; ll: 4,57; N: 12,73.

Tetrakis(1,l-dimetil-2-ftalimido)etilftalocianinato zinc (II)Se calentó a 210°C en un tubo cerrado, una me2cla de 0,313 g (0,953 moles) de N­

[2-metiI-2-(3,4-dicianol'enil)]propi|ltalimida y (1,133g de zinc en polvo, durante 5,5 horas.Luego se enfrió, se agregaron 20 ml de. (3H2Clg y se liltró por succión para elimiar elzinc remanente. Se. evaporó al vacío el solvente, se. Iavó el sólido con óter y se secó alaire. I'll residuo se purilicó por cromatografía en columna de sílica (4 x 30 cm) utilizandouna mezcla de tolueno-CllgOH 95:5. El sólido azul oscuro obtenido luego de. evaporar elsolvente, fue recristalizado de Cll2(ll2--l1(-‘,Xñ.110,obteniéndose 0,183g (56% de rendimiento);p. f. >300°(Ï. 1€.M. (FAR): m/z 1386 (l\4+4)+. RMN lH: 6 8,4 (ancho, 12ll, aromáticosde ftalocianina); 7,6 (ancho, 16H, aromáticos de ftalimida); 3,95 (ancho, 81-1,metileno);1,69 (s, 24H, metilo). IR (pastilla de KBr): 1774 y 1716 (carbonilo de ftalimida); 1384;1334; 915; 716 cm”. Anal: calc. para. (3301160N¡2()2Zn: (7: 69,49; H: 4,37; N: 12,16; enc..:(Ï: 69,61; H: 4,39; N: 12,03.

Tetrakis(1,1-dimetil-2-amin0)etilftalocianinato zinc (II)Se disolvieron 0,120 g (0,09 mmoles) de tetrakis(1,1-dimetil-2-l'talimido)etilftalociani­

nato zinc (ll) y 0,24 ml (7,7 mmoles) de hidracina en 10 ml de 'I‘lll" y la solución seagitó durante 17 horas a temperatura ambiente. El sólido blanco formado se eliminó porfiltración y el liltrado verde se evaporó al vacío. lil residuo verde obtenido se disolvió en

OOOOOOCOOOOÓOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOÓCOOOO.

2.5 Parte experimental 53

H('l 0,1 M, Sc liltró nucvamcntc y la solución ácida I'csultantc se llcvó a pll 7 con NaOlI0,1 M. Lucgo (lc 2-1horas, sc obtuvo un lino precipitado verdc cl cual sc cmtrifingó, sc lavó(los veces con agua l'ria y sc seco a 49"('. cn cstul‘a (lo vacio. Se obtuvieron 67 mg (le tc­trakis(l,l-(liinclil-2-aIniuo)ctill'tulociauinalo zinc (Il) (90% (lc rcmlilnicnto); p. I‘.>Il()()"(7.l'Ï. M. (FAR): m/z 86] (M-ll)+. RMN lll: 5 9,43; 9,I4; 7,79 (ancho, l2ll, aromáticm (lcftalocianina); 2,50-‘2,l3 (ancho, Hill, mctilcnos, y Nllg): ¡,45 (S, 24H, mctilo). IR (pastilladc Kllr): 3430 y 3377 (NH); 1/190; IORR;9l8; 7-19cm“'. Anal; calc. para (’Ï.¡3|l52N¡-¿Zn:(Í: 66,85; H: 6,08; N: ¡9,49; cnc; (Ï: 671M; H: 6,09; N: l9,27.

Tetrayoduro de tetrakis(1,l-dimetil-Z-trimetilamonio)etilftalocianinato zinc (II)Sc disolvicron cn 7.1| mg (9.10“ mmol) (lc. tctrakis(I,l-(limctil-2-amino)ctilftalocia­

ninato zinc (ll) y ¡6,5 mg (0,!28 Inmol) dc (liisopropilctilamina cn 2 InI dc DMI". Scagrcgaron (0,25 mmol) (lc (lllgl y sc agitó a. tnmpcratura ambiente durante 22,5 horas.Sc agrcgaron con agitación 2,5 ml (lc ótor, con Io quo sc l'ormó un prccipilado V(‘l'(l(‘voluminoso quo se separó por filtración. Se lavó cl |)I'(‘('l])ll.í—l(l()repetidas veces con éter, scdejó secar y Iupgo se tornó con agua. La solución acuosa sc liolilizó y el sólido obtenidoSOconscrvó cu dcsccador. Sc ohtuvicron l2,7 Ing dc, totrayoduro (lc tctra.kis(l,l-(limMil­2-trimetilamonio)ctilftalocianinalo zinc (ll) (97% (lc rcndimicnto); p. f. >3()()"(Ï. RMNlll: (l 9,36-8,3l (ancho, 12H, aromático (lc ltalocianinu); 2,962,78 (m, Mll, mctilcnos yN-(ÏH;,); 2,26 (ancho, 21H, (TI/3). lll (pastilla (lo Kllr): lSiHS;llll; til? cm". Ana|.:calc. para ('rfinllgganf/¡nz (7: 46,73; ll: 5,23; N: ¡9,89; cnc; (Í: 46,59; ll: 5,23; N: I(),9(l.

54 Síntesis de los colorantes

Capítulo 3

Espectros de Absorción yAgregación

3.1 Descripción General

Las ltalociauinas, en general, poseen un espectro de absorción llV-visible con (los bandasprincipales: la banda de Hard, situada en la zona. lÍV del espectro, y la. banda. Q, que seubica en la zona roja del espectro visible, cuya gran intensidad es una (le las principalescaracterísticas de este tipo de compuestos. Ambas transiciones se asignan a. transiciones7r —) 7r' del ligando lt:ll()('ialliilat() [lllQ]. Dependiendo del tipo de metal central, losespectros de absorción pueden presentar bandas adicionales en el IR. cercano debidas atranferencia de carga metal-ligando ('l‘(ÏMl,) o ligando-met al ('l‘CLM) o bien, en algunoscasos,atribuiblesa absorciónsingulete-triplete [m9].

Otra característica casi distintiva. de los colorantes de la. familia. de las ftalocianinas

metalicas que no poseen ligandos axiales es la. gran tendencia que presentan a. l'ormaragregados en solución homogénea. Dependiendo de la comentracic’m, se, puede. llegar aobtener un equilibrio entre monómero y (límero o alcanzar la formación de agregadossuperiores (trimeros, tetrámeros, etc.). lista capacidad de agregación es dependiente delsolvente en el cual se trabaje. (Ïuanto menos afín sea este con la. molécula del colorante,las l'uerzas de atracción entre l0s macrociclos se tornaran más importantes y la.posibilidad(le l'ormar agregados se vera favorecida. Por otro lado, la estructura molecular en loque respecta a la naturaleza del metal central, y especialmente los grupos funcionalespresentes en los sustituyentes perifericOsdel anillo, provocan que las moleculas de coloranteinteractuen fuertemente entre si o que puedan separarse por efecto de solvatación [I ll),1 l l].

l)ebido a que la actividad l'oloqul'mica es importante sólo en los monómeros de lasl'talocianinas, es necesario evaluar su capacidad de agregación para. poder determinar conexactitud las propiedades fotolísicas de estos compuestos. l')n las mediciones de lluores­cencia, las cuales se realizan usualmente utilizando concentraciones muy bajas, el electode la agregación puede normalmente evitarse. l’or el contrario, las determinaciones (le losparámetros del estado triplete generalmente requieren concentraciones mayores de colo­rante y es común hallar discrepancias entre los valores de literatura [l l l, l 12, |l3, l M].

56 Espectros de Absorción y Agregación

(Ton respecto a. la actividad ¡Ir-vivode las ftalocianinas como fotosensibilizadores parala producción de oxígeno singulete, la agregación no sólo disminuye su foloactividad sinoque tambien limita su acceso a las celulas tumorales [[8]. Por otro lado, aunque las ftalocia­ninas tienden a monomerizar al unirse a ciertas macromolóculas biológicas [l IS], estudiosrecientes sugieren una competencia entre la agregack'm y la unión con esas moléculas; comoes el caso de la,albúmina de suero humano con el derivado monoácido en el anillo A de la

benzoporlirina [l 16].

3.2 Resultados

Losespectros de absorción de las ftalocianinas sintetizadas que se observan en la Figura 3. lmuestran las dos bandas características bien resueltas para XXIX, XXXVI y XXXVII.Para XXXVIII, en la Figura. 3.2 se ve que en 'l‘llF, al igual que en metanol, |)MI" yI)MH(), el aspecto del espectro es similar al de los otros compuestos en solvente orgánico,mientras que en agua, la zona de la banda Q aparece distorsionada por la. presencia deagregados que provocan Ia aparición de una banda corrida hacia el a'IuI.

Se investigó también la zona del IR cercano utilizando soluciones más concentradaslpero, como era esperable para un metal de transición del tipo dm, no se observaron bandasde transferencia de carga ni de absorción S-'l‘.

ICIestudio de la.agregación se restringió a.nn rango de concentraciones en el cual pudie­ra considerarse sólo un equilibrio entre. monómero y dímero. Para los cmnpuestos XXIX yXXXVI se utilizó tolueno como solvente, mientras que para XXXVII, debido a su inso­lnbilidad, fue preciSo utilizar otro solvente. Se eligió 'l‘lll" dado que disuelve con facilidadal compuesto y permite trabajar sin problemas en un amplio rango de concentraciones.

Se realizaron espectros de absorción de los tres compuestos en la zona de la bandaQ para soluciones de concentración creciente. Para XXIX y XXXVII, los espectrosobtenidos prácticamente no variaban en su forma y parecían ser los correspondientes a laforma. monomórica, presentando la intensa, banda de absorción a alrededor de 67.) nm y lasotras dos menos intensas a.640 nm y 610 nm. Para XXXVI, en cambio se observó ciertoaumento en Ia absorción en la zona de 630 nm y 720 nm al aumentar la concentración.

(Ïnando se transformaron los espectros de absorbancia en espectros de coeficiente deabsorción molar (E) dividiendo la absorlmncia por la concentracit')" y por el camino óptico,se encontraron desviaciones de. la ley de. Lambert-Beer para los tres compuestos; eviden­ciadas por la variación de. los coeficientes de absorción correspondientes a las distintaslongitudes de onda (A) con la. concentración. En Ia Figura 3.3 se muestra. la variación delos s aparentes2 con la concentración para los tres compuestos.

La forma de los espectros correspondientes a XXIX y XXXVII es prácticamentela misma, variando sólo la magnitud del coeficiente de absorción; a la. Vez que no seobservan puntos isosbesticos. La. poca variación en la forma de los espectros al variarla concentración ya había sido observada para algunas ftalocianinas y naftalocianinas en

'Las bandas de 'I‘(ÏI.M, 'I‘UMI, _vS-T tienen en general coeficientes de absorción muy bajos.2He los llama e' aparentes dado que no son verdaderos coeficientes de absorción porque no pertenecen

a un solo compuesto sino que contienen la contribución, a la A correspondiente, de todas las especiespresentes en solución.

>00OOO...0...0...0......OOO...OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

toooooooooooooooo00000000ooooooooooooooooooooooooo

3.2 Resultados 57

medio homogéneo [l I l, ll7, I lH]y micelar [l IQ]. l’ara XXXVI si se encontraron puntosisosbesticos a aproximadamente 668 nm y 684 nm. Aunque la presencia de estos puntos noes una prueba suficiente de que solo dos especies estan presentes [120], los mismos tendíana desaparecer a.concentraciones mayores que. l()“'l\’l.

Las concentraciones utilizadas para realizar los cálculos, fueron para XXIX: 9, 98.10‘5;7,85.!0‘5; 4,84.!0‘5; 2,99.]0’5; l,().").l0‘5 y 5,238.10"; M; para XXXVI: l,()2.l()"';5, 2| . 10-5; I,(M.|0-5; 5, MJU-6; 1,0.10-6 y 1,27.!0-7 M; y para.el compuesto XXXVII:4,52.!0‘5; 2,42.“)‘5; 4.52.!0‘“; 2,26.]0’“ y 2,26.!0‘7 M. Para considerar sólo la.exis­tencia de monómero y dimero, el rango de concentraciones de trabajo fue acotada por lamayor concentración que permitía una reproducción de los espectros experimentales conlos parámetros calculados suponiendo sólo dos especies, con una tolerancia. del 10%.

Para determinar la constante de dimerizacicm y los espectros verdaderos de monómeroy dímero, se plantearon la constante de dimerización y el balance de masa:

_ _ [nl .[Xd— (til)(lo = [M]+2[I)] (3.2)

en donde l) y M corresponden a dímero y Iuouómero respectivamente y (70 es la concen­tración analítica de la solución.

Si en la solución coexisten monólnero y dímero, y ambos absorben |u'/.,se puede plantearla ley de Larnlwrt-Heer para. cada. especie y la absorbancia total de la solución a una /\determinada:

A¡\](/\) = EM b [ll/I] (3.3)

.4n(/\) = 5]) b[Í)] (3.4)

/l(/\) = .4M(/\) -I' ./l¡)(/\) (3.5)

siendo b el camino óptico.(Íombinando las ecuaciones anteriores, la.absorbancia total para cada /\ esta dada por:

b Em(z\) , I./\=———l líl(.'?—l-—/l( ) lllfll l 0) ] l

. , l.

(¡€D(,\) [(l+8,‘([(l())2 —+ÏT'“_—WT__ “Ü_yel coeliciente de absorción aparente a cada. longitud de onda:

A .6t.,,.(z\) = —(—) (3.7)

Ïn

Así, cada espectro puede asimilarse a un vector de Ielernentos, cada uno de ellos dadopor la. ecuación 3.6, siendo lla cantidad de. puntos correspondientes a cada longitud deonda. que contiene el espectro (por ejemplo, l = 125si se realizaron los espectros entre 550nm y 800 nm registrando la ahsorbancia cada 2 nm).

58 Espectros de Absorción y Agregación

Los espectros a diferentes concentraciones se agruparon en una matriz A“; que con­tiene los coelicientes de absorción aparentes para c coucentraciones distintas, las cualesdefinen las columnas de la matriz; mientras que las I filas están dadas por la cantidad delongitudes de ouda. registradas para cada. espectro. Para el caso del equilibrio monómero­dímero, esta matriz es originada por el producto de dos matrices, la matriz de concentra.­cioues y la de coeficientes de absorción:

Arx! = ch'z M EZX! (3-8)

|,a matriz de concentraciones (Cod) contiene las concentraciones de monómero ydímero correspond¡entes a cada concentración analítica. (70, _vla matriz de coeficientesde absorción 0 matriz de espectros (ngl) esta formada. por los espectros expresados encoeficientes de absorción para monómero _vdímero en el rango de longitudes de onda. detrabajo [I‘ll]. Conociendo Crxz es posible.calcular la constante de dimerización Kd.

Para cada compuesto, entonces, se,construyó la matriz A y se encontraron dos vectoresT y P como una solución particular para el producto de matrices

Arxl = Tex’z 5’”)P2xl (3.9)

por medio de un algoritmo de cálculo llamado Nll’AllS, el cual fue aplicado con bue­uos resultados en problemas de agregación y cálculo de constantes de acidez a traves deespectros de absorción [1‘22].

A partir de los dos vectores hallados, es posible obtener las matrices de concentrack’my de espectros a través de otra matriz de transformación R2”:

Acxl = ch2®E2xl = Tcxz ®P2xl (3-10)T--x2 = Crxz ‘70R2x2 (Il.ll)

1’le = (Ru-z)" MEM (3.!2)

Los elementos de R2“ y la.constante de dimerización se obtuvieron por iteraciouessucesivas utilizando uu metodo de ajuste por cuadrados mínimos no lineales basado en elalgoritmo Simplex de Nelder-Meade involucrando las ecuaciones 3.6 y 3.11.

La matriz de los espectros medidos se comparó en cada caso con la matriz calculada.según 3.8, para verilicar la reproducción de. los datos experimmltales con los parámetroscalculados; y se controló la consistencia. de los mismos variando al azar algunos valoresde los coeficientes de absorción, para observar si realmente se había. alcanzado el mejorajuste. Hu algunos casos se logró reproducir mejor los datos experimentales con estosvalores arbitrarios. l'Ista incertidumbre puede atribuirse. al lleclio de. (¡ne los espectros de.las dos especies son muy similares lo cual puede conducir a los algoritmos de cálculo a unmínimo local de la función diferencia entre valores experimentales y calculados [l2l].

Para asegurar la. conwrgeucia, se realizó un proceso iterativo adicional en el cual sepermitió la variación de la constante Kd y de uno de los espectros, alternativamente dímeroo monómero, eu cada paso de la iteración, hasta que. no se obtuvo mejora en la matriz Aentre dos pasos sucesivos. I'Jn la Figura 3.4 se muestran los resultados para los espectrosde monómero y dímero de tres de las ftalocianinas estudiadas y en la 'l‘abla 3.l se indican

3.2 Resultados 59

'l‘abla 3.l: Valoresde Kd y €,,,,¡,.,para XXIX, XXXVI, XXXVII y XXXVIII.

los valores de constantes de dimerización hallados y los máximos de absorción para elmonómero de cada compuesto.

Los espectros de monómero y dimero de XXIX y XXXVII son similares a los dela diamida de telracarboxiltalocianinato Zn(ll) ('/,u'l‘(7l’(7) en l)Ml" y en micelas de(Ï'I'AC [l Il), 123]. Para XXXVI, el comportamiento espectral es dil'erente ya que elespectro del (limero se diferencia marcadamente del correspondiente al monómero, proba­blemente debido a que la libre rotación del voluminoso grupo italimido puede dificultar elacercamiento col'acial (le las unidades monomóricas.

Los valores altos para Kd y para los coeficientes de absorción del dímero para XXXVIIcon respecto a los obtenidos para XXIX y XXXVI pueden atribuirse a un aumento dela. interacción intermolecular debido a uniones de tipo puente hidrógeno entre los gru­pos amino de las unidades monomóricas [l'2'l]. I'll solvente también ejerce influenciasobre la constante y sobre el espectro del dimero [[09]. Aunque el 'l‘lll" (número donor:20,0 kcaI/mol [|25]) es un mejor solvente coordinante que el tolueno (número donor: 0,]kcal/mol [125]) y podria actuar como ligando axial sobre. el metal central, este efectoparece no ser importante. frente a la interacción antes nombrada entre los grupos amino.

La I'talocianiua XXXVIII merece.ser tratada por separado, ya que la posibilidad deestudiar su comportamiento en solución acuosa, permite evaluar su potencial empleo comofotoseusibilizador en medios biológicos, sin necesidad de incluir solventes organicos ni otroscompuestos para vehiculizarla. Los espectros en agua indican una muy fuerte agregacióny aún a bajas conctmtraciones es importante la banda de agregados a 630 nm, según se.observa en la Figura 3.5.

Resultó muy dificil obtener espectros correctos a.concentraciones muy bajas debido aque el compuesto presenta gran tendencia a adsorberse al vidrio, cuarzo o plástico, porlo que todas las soluciones fueron preparadas por pesada directaruente en las cubetaspara minimizar la variación de concentración por adsorción en las paredes del materialvolumétrico.

Las concentraciones utilizadas fueron 9,08.]0’5; 6,8“0‘5; 1.70.10’5; |,l/l.l()‘5;5,67.]0’“; 3,78.]0’6; l,26.l0’”; 1.0.").I0‘6y 7,0|.10’7 M. I‘llprocedimiento de calculofue análogo al realizado con las otras ftalocianinas, y se obtuvieron los espectros paraInonómero y dimero mostrados en la Figura 3.6, y los valores de Kd y máximo de absor­ción que se encuentran en la 'l‘abla 3. l.

La. magnitud de la K4 obtenida, mucho mayor que para. las otras tres ftalocianinas,indica que, si bien se logró alta solubilidad en agua por medio de la introducción decargas positivas pertenecientes a los grupos amonio cuaternarios, el efecto Iiidrofóbico

60 Espectros de Absorción y Agregación

prodomiunmp (‘n (‘I resto (lo ln Innlócula. favorece on gran modida. 0| (|05|)Iaza.nliont() (lol(‘qllÍIÍIH‘ÍO(lo ngrogm‘ión haria In r()l'lllil,(‘¡(')ll(lo los (“IIH‘I‘OS(‘n solución 21(‘unsn.

3.2 Resultados 61

0.20 - .4

0.15 - _

0.10 h ­

0.05 — —

0.00 1 {M 1 l _ l 1 l

0.20 — ­

I J

Absorbancia

ÑI’

l

0.00g :+:w/—

T4

0.15- C _

0.10 : :

0.05 : :

0.00 _ l I 4“ l I I I '300 400 soo 600 7oo aoo

A (nm)

Figura 3.1: l'Ispovlms do absorción do XXIX (A) y XXXVI (I!) (‘n mlnono y doXXXVII ((Ï) ('n 'I‘III“. (bnronlravión: HF“ M; ('¡unino óptico: l (‘m.

62 Espectros de Absorción y Agregación

0.12 0.4

THF —0.10-- g —0.3

0.08 L j ¡.9 É E 'O p --- —'-— —— : :C : '.

(U '

e 0 06 F \ ; :_ —0.2O f '.(D j '.

< g ­0.04 h

E - 0.1

0.02 -/ 'l _.

000 1 1 1 1 LL 00300 400 500 600 700 800

k (nm)

Figura. 3.2: l'Ispoctros (lo.absorción (lo XXXVIII (m agua. y on 'I‘Ill". ('oncmllrack'mz 10"iM: camino óptico: l cm.

3.2 Resultados 63

2e+5

2e+5

1e+5

5e+4

0e+0

1.5e+5

1.0e+5

50e+4

0.0e+0

1.5e+5

LOe+5

COEFICIENTEDEABSORCIONAPARENTE(M'1cm'1)

50e+4

00e+0

l l l I I I l l l

— Moyor —

—concentración A ­

a = 2

_ Mayor B _concentración

1 I } g Ï IL 4I I l : A

r Mayor C _Fconcentración “

800

X (nm)

Figura. 3.3: I'Ïspm'h'ns «lo ahsorrión (‘xprosmlns on ('m‘licivulro (lv absorcit'm apnrvnh‘ onfunvión (lc In Ion ril,u(l (lo onda mm las Í’lnlncianinas XXIX A XXXVI B ('n lolut‘un

I ,

yXXXVHKÚmVHWmMnLüWMyIJJW‘M_

64 Espectros de Absorción y Agregación

3e+5 l l I l I l l l I ñ

3e+5 -— Monómero i _- ----------- Dlmero

2e+5 A _

LL2e+5

1e+5

5e+4LlLlJ

'EFO

É 0e+0 g 1

(23 ‘ -—— Monómero ­6 1.5e+5— Dímero _o:O - _cn

2 1.0e+5 - _LL] _ —

Lu 5.0e+4 — _¡_Z - —

L_) 0.0e+0 l g g g 41H...LLuJ _ , _o —— Monomero¡ -...O 1.58+5' ........... 2 C ­

1.0e+5 — _

5.0e+4 — _

0.09+0 l550 800

A (nm)

Figura 3.41: I'lsportros (lo IIIOIIÓIIH‘I‘Oy (límcro calculados para XXIX (A), XXXVI (B)y XXXVII ((‘.).

rOOOOOOOOOOOOOOOOOOO0......DOOOOOOOOODOOOOOOOO0.0.

3.2 Resultados 65

COEFICIENTEDEABSORCIONAPARENTE(M'1cm‘1)

5e+4

4e+4

3e+4

2e+4

1e+4

0e+0500

l Í I l

Mayorconcentración

w

A (nm)

Figura 3.5: I'Islwrlms (lo ilIDSUITiÓIIvxprosmlns vn ('(wlirionlv (lo absorción 2||)¡ll'í‘ll|(‘ (‘nfunción (lo la longitud (lo onda pnrn In l‘Ianrinnina XXXVIII vn agua outro 9,l.l()"r’M y7J.|0’7NL

66 Espectros de Absorción y Agregación

1e+5 l l l l l l I I

'E — -------' monómeroo I

“I dimeroa 8e+4- 4z9 — _o(Cr) 6e+4 — _U)m ’- _<uCJ 4e+4 — _mI- - _zE9 2e+4 h _LLLLI

O “ _o _

0e+0 "LI I I I 4 4500 550 600 650 700 750

¡(nnn

800

Figura 3.6: I'lspoclrns (lo monómoru y (línwrn calculados para XXXVIII.

I.OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO’OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

Capítulo 4

Fotofísica

4.1 Descripción Gencral

La mayoría. de las aplicaciones de las ftalocianinas se basan en Ia interacción de la moléculade colorante con la luz y en los procesos fisicos y qm'micos que devienen de la.desactivacióno interacción con otras moléculas de los estados excitados generados por la. absorción deenergia Iumínica. (Ïomo se vio en el ("apitulo 3, las ftalocianinas poseen dos bandas princi­pales de. absorción por medio de las cuales se generan estados excitados que involucran loselectrones del macrociclo conjugado. I'Éstos estados exritados, al igual que el fundamental,son estados singulctc [l26], pudiendo expresarse el proceso de excitación por absorción deluz y posterior decaimiento de los estados excitados, por el esquema de la Figura ILI.

En presencia de algún compuesto que pueda. reaccionar químicamente o que sea. capazde desactivar alguno de los estados excitados, el esquema se. amplía. con las reaccionesde la. Figura 4.2. La reacción química puede llegar a la descomposición o “blanqueo”del colorante. La desactivación por transferencia de carga conduce a un par redox en elestado excitado, que luego puede retrotraer a. los productos de partida en su estado fun­damental (back electro" transfer), o bien, producirse separación de.carga neta y conducira la. oxidación o reducción de Ia. ftalocianina. (lo cual también constituiría una reacciónquímica). Finalmente, la. desactivación o “quenching” denominado fisico o por transfe­rencia de energía. conduce a. la Italocianina a su estado fundamental y al desactivante o“quenclier” a un estado excitado que luego puede decaer radiativa o no radiativamente,

[incitación S“ il) Sl. (4'1)

¡"Ii/orcscl "cia Sl. ¡ki-I) S” + h”! ('1'2)

lic/djacióu niln'ucio'ImI Si. su ('1-i)

(Ïrucc ¡nlcrs-istcma Sl' Tl' (4.1)

I)(Vsactivaciónno radiativa TI" su (.15)

Figura 4.]: Procesos fotofísicos sencillos de las t't.a.lociauinas.

67

68 Fotofísica

'I'rnnsferencía (leenergía(lcsdcel singith + Q k" So+ Q' (4.6)

Transferencia (lecargaS: + Q k" (Sl —Q)’ (par redox) (4.7)rlcsdt el singuelc

I¡’cncci ón.

(lcsllccl sing/nicht + If I’roduclos (-1.8)'I'ransfm'encía de energía

desdc cl triple/4’ 'Í'l' + Q i So + Q. (4.9)'I'ransferencía (lecarga

desde cl h'iplclc 7',"+ Q (T. —Q)’ (par ródox) (-1.10)¡{cocción

(Il.wlccl lriplclc 'I'l' + Ii’ l’rmluclns (4.1 l)

Figura 4.2: Reacciones generales (le desactivación de los estados excitados.

o bien desactivarse tambien a traves (le cualquiera de las reacciones generales descriptasen 4.2.

l,o que se describe en las secciones siguientes es la. carmtterización de los estados pri­mer singulete y triplete excitados de las l'talocianiuas sintetizadas, en solución, trabajandosiempre cou solventes puros, en ausencia de compuestos que pudieran actuar como (les­activantes. lista caracterización se llevó a. cabo teniendo en cuenta las propiedades deagregación estudiadas en el Capitulo 3.

4.2 Estado singulete

ICntodos los compuestos sintetizados, como es común en las italocianinas de zinc (Il),se observó emisión fluorescente. l‘In la Figura. 4.3 se muestran los espectros de emisióny de excitación para XXIX y XXXVI en tolueno, XXXVII en 'I‘Hl"y XXXVII] enagua. Para. los de emisión se utilizó como Ade excitación 610 nm y para. los (le excitación,se observó la lluorescencia a TIO nm. Estos espectros de emisión fueron obtenidos porexcitación en la banda Q, sin embargo, cuando se excita en la banda de Soret, se obtienenlos mismos espectros, indicando que el estado emisor es siempre el mismo. 'l‘ampoco seencontraron cambios en los espectros cuando se los realizó a diferentes coucent raciones.

Si se compara el espectro de excitación de XXXVIII en agua. con el espectro deabsorción (Figura 3.2), se puede observar muy bien que tanto el monómero como los agre­gados absorben luz, pero que óstos últimos no emiten, ya que los espectros de excitacióncoinciden con los de absorción correspondiente a los monómeros de las t'talocianinas.

Los rendimientos cuánticos de ÍIuorescencia (<I>¡)se calcularon, en primer lugar, por

¡00.00.0000.00000000000000000000000000000000COOOOO

4.2 Estado singulete 69

_¿ oO .1

80­

60­

4o­

20­

INTENSIDADDEFLUORESCENCIA(u.a.)

80 ­

50: :

40: :

20: I h : . Z

550 600 650 700 750 550 600 650 700 750 800

Mnm)

Figura «1.3: I‘Isportrosdo omisión y (lo excitación (lo Ins ('mnpuosmsXXIX(A),xxxv1(n),xxxvn ((ï)y XXXVII](n).

70 Fotofísica

comparación con un compuesto de rendimiento cuántico conocido [127]. Para. evitar correc­ciones en los espectros de emisión, se eligió como compuesto de referencia otra ftalocianinade zinc (ll). la '/,n'l‘(Ïl’(Ï, cuyo (Dj = (l, 32 :l:0,0/l en DMF [123]. Se trabajó con solucionesno desgasadas y las concentraciones se eligieron Io suficientemente bajas como para evitarla agregación de muestra y referencia. Se utilizó 610 nm como longitud de onda de exci­tación y se registraron los espectros de emisión entre 630 nm y 800 nm. Los rendimientoscuánticos se calcularon según:

(bj : (DrIm (l —¡(l-ll") (n,,,)2 (4.12)¡'ÏrTI-Ïin-A“) 17'

donde m y r se refieren a muestra y relerencia respectivamente, e I es el area bajo elespectro de emisión, con el eje de abscisas expresado en número de onda. l,a integración delespectro se.llevó a cabo utilizando el metodo de. Simpson [1'28]. llos factores exponencialescontienen Ia.absorbancia a.la Ade excitación y corrigen por ladiferencia en Ia.luz absorbida.l‘Ilúltimo factor tiene en cuenta la diferencia. en los índices de refracción cuando la muestray la referencia están en diferente solvente.

I’ara la sal XXXVII], el efecto de la agregación es muy grande y, aún a concentra­ciones extremadamente bajas, la concentracicm de dímero no es despreciable frente a ladel monómero, de modo que fue necesario realizar una corrección adicional utilizando enla ecuación Il.l2 la fracción de luz absorbida sólo por el monómero en lugar de la fracciónde Iu7.absorbida total (l —¡(l-A). la fracción de. luz absorbida. por el monómero (7M) sedefine por:

A. -_ __ ’A l 1 '7M — (l 10 ) A (1.13)

y para calcularla fue necesario evaluar la absorbancia del monómero (AM) a la. longitud deonda. de excitack’m (GH) nm). l‘Isto fue realizado reproduciendo el espectro de. absorcióneu la zona de la banda Q de la solución de XXXVIII en agua, empleada para calcularel (bj; para Io cual se utilizaron los valores de los coeficientes de absorción de monómeroy dimero de la Figura 3.6. Las concentraciones de monómero y dímero correspondientesa esta solución se encontraron a través de sucesivas iteraciones, de modo que. satisficieranpara toda longitud de onda Ia ecuación 3.5, y estableciendo la restricción de que los mismosdebían cumplir Ia relación 3.l con el valor de Kd correspondiente a XXXVIII.

I'llcalculo de (bj se llevó a cabo entonces empleando Ia expresión

r Im —10-Ar) nm 2<1»,=«TF-T (7;) (4.14)

I’ara la solución cuyo espectro de absorción se muestra en la Figura 4.1|, se obtuvo un(bj = t),055 empleando la («mación 4.12, mientras que,al aplicar la ecuación corregida 4.14,el valor pasó a ser 0,31 (ver Tabla 4.1).

En segundo lugar, se realizó la medición de (bj a través del método de. lente térmica es­tacionaria (l/l‘l'l) [l‘ZSl].Mediante este método es posible determinar rendimientos cuánticosde lluorescencia en forma absoluta, es decir, sin utilizar referencias de (bj conocido [130,

4.2 Estado singnlete 71

I I Í Í Í I Í r I Í I

- experimental'—— calculado

0.015

SOZÉCr 0.010O(l)m<

0.005

0.000T500 550 600 650 700 750 800

x (nm)

Figura 4.1|: I'Ísporims (Iv absorción experimental y ajustado ('mploados para ol cálculo (lol(Dj (lo XXXVIII on agua.

72 Fotofísica

'l'abla. (LI: Rendimientos cuánticos de lluorescencia de XXIX, XXXVI, XXXVII yXXXVIII.

|55|]. Lo que si utiliza. es una referencia ealorimélrír'u, ya que el metodo se basa en laformación de una lente divergente en la solución, originada por la energía liberada enforma de calor por una molécula que cae al estado fundamental luego de absorber luz. l,adescripción del arreglo instrumental utilizado y una breve descripck’m de los cálculos serealiza. en el Capitulo (i.

En las mediciones de l/l‘l‘)se realizó la.excitación de las ftalocianinas a.632,8 nm (láserde lle-Ne) y, dependiendo del solvente, se utilizaron diferentes compuestos como referenciacalorimétrica. ldealmente, es necesario que. el compuesto elegido devuelva como calor almedio toda la energía. absorbida en forma de luz, sin embargo también es posible utilizaralgún compuesto cuyo (Dj sea pequeño pero distinto de cero, si su valor se tiene en cuenta.en el balance de energía [H2]. I'lxisten compuestos quese utilizan clásicamente como re­ferencias calorimétricas [133], de entre los cuales se.eligió CuCl2 - 2H20 (<b¡ = ) para lamediciones en metanol. l‘Intolueno, se utilizaron meso-tetrafeuilporlirina (llg'l‘l’l’), cuyo(l); no es nulo ((l,l0 [134]), y una. ftalocianina de. cobre soluble en tolueno, la tetrapenti­loxicarbonilftalocianinato Cu(ll) ((‘u'I‘l’()CP(É). Este último se encontraba disponible enel laboratorio por haber sido sintetizado y estudiado con anterioridad [[35] y presenta laventaja de absorber en la misma zona que los compuestos a estudiar. (Íu'l'POCPC poseeun (bj despreciable (menor que lll-3) y, a pesar de. tener un alto rendimiento cuántico detriplete debido al efecto (le ion paramagnótico que ejerce el (Ïu(|l), por este mismo efecto,el tiempo de vida de este estado excitado es muy pequeño (menor que l ps) [109, l35].Dado que el fenómeno de lll‘H ocurre en una escala de tiempo Inucllo mayor, (Ïu'l‘POCl’Cpudo ser usado como referencia caloriinótrica.

Las gráficas de la.señal de lente térmica (0) en función de la fracción de luz absorbida.

por la solución (l —10"") para las distintas mediciones se muestran en la Figura 4.5 y losresultados obtenidos para. el cálculo de dq (ver Sección 6. l) se resumen en la 'l‘abla 4.l. Losvalores son prácticamente iguales a los reportados para otras ftalocianinas de zinc (l l) [l l I,ll2, |2le y no se observó diferencia significativa. cuando para. un mismo compuesto(XXIX) se trabajó en tolueno o en metanol.

En el caso de XXXVII y XXXVII], la medición no se realizó por lll‘l'), ya que sus

4.2 Estado singulete 73

I I ¡7 F ¡ ""r——“—r——-‘—— -—_—=¡O

- o H2TPP ——o H2TPP /0-6 ' I XXIX —— A XXXVI _

á — ñ- . _< _ _'_ —9 0.4

É - —— _UJ 0'2 _ solvenïeg" solvente: ‘

E ' Tolueno ‘* Tolueno ­+- 0.o ; = = = I + al sf ; gzLH 0'3 ’ solvente: ‘r d

g r metonol r solvente­_, 0.2 r ° __ tolueno<

¡z - —— q

5% 01 .' " “ 0 CuTPOCPCfir ° CUC'a - XXIX _

' XX'X A XXXVIoo u I I n n 1 1 l 1 .

"0.00 0.05 0.10 0.00 0.05 0.10 0.15

FRACClON DE LUZ ABSORBIDA

( 1 —1o ‘A )

Figura 1.5: (lrúÍit'ux «lv In. svñnl (lo I(‘Il|(‘ ¡("unirán (0) (‘n funrión (lv la frarvión (lo luzabsorbida para XXIX. XXXVI y compuestos (lo rolbronviu.

74 Fotofísica

l\'(¡son sustancialmente mayores que las de XXIX y XXXVI. y los (limeros absorberíanuna fracción de la luz de excitación aún cuando se encontraran en baja concentración(ver Figura 3.4). l'Iu situaciones como estas, donde los efectos de la. agregación o de

otro equilibrio resultan relevantes, la dependencia lineal entre 0 y (l —10“A) podríanaparecer como líneas rectas, sia embargo los valores de (Dj estarían afectados por un errorconsiderable. [123].

I‘llmencionado electo de la. agregación en la emisión lluorescente pudo observarse alanalizar la intensidad de emisión en función de la concentración de ltalocianina. l’ara

estas mediciones, se evaluó la intensidad de ÍIuorescencia en earn frontal (geometría “frontface”) en vez de utilizar excitación y detección a 90°; se realizó la. excitación a 610 nmy se observó la. emisión en el maximo de lluorescencia. Los gráficos de intensidad delluoresceucia vs. fracción de qu absorbida que se observan en la. Figura 4.6, muestrandesviación de la linealidad . Esto es consistente con el comportamiento general de lasltalocianinas, para. las cuales las especies dimóricas no lluorescen [l23] o tienen un 4>¡ quybajo, despreciable con respecto al del Inonóinero.

Utilizando los valores de Kd y de los coelicientes de absorción de monórnero y dímerocalculados en el Capítulo 3, se calculó la absorbancia debida sólo al monórnero y la.fracciónde luz absorbida por ól para cada punto. (,‘uando la intensidad de fluorescencia se graficacontra óste último parámetro, se obtienen rectas, lo cual es confirma el hecho de que sóloemite el inonóinero.

4.3 Estado Triplete

l)e acuerdo con las mediciones detalladas en la Sección 4.2, aproximadamente el 30% delas moleculas de ftalocianina que absorben luz y alcanzan el primer estado electrónicoexcitado, se desexcitan emitiendo luz. Según el esquema de la Figura 4.1, el 70% res­tante puede desactivarse no radiativamente volviendo al estado fundamental directamente(ecuacit'm 4.3), o bien pasar al estado triplete por cambio en la multiplicidad de. espín(ecuación 4.4).

lia. desexcitación del estado triplete (ecuación 4.5) suele llevar mas tiempo que Iadel singulete, dado el carácter de “prohibidas por espín” que poseen las transicionessingnlete 4—>triplete. l’or ello, en ausencia de efectos que favorezcan el cruce inter­sistema, como la presencia de un ion paramagnético o de un átomo de alto peso atómicoen la. molécula, el tiempo de vida. del triplete es "l||('ll0 más largo que el del singulete y,por lo tanto, es mas probable su interacción con otros compuestos presentes en el medio.

l'In el caso de las ftalocianinas, esto es particularmente importante, ya que muchas desus aplicaciones se basan en la.generación de oxigeno singulete por transferencia de energiadesde el triplete (ver Capítulo 5).

A lo largo de esta Sección, se describe la. caracterización del estado triplete de lasI'talocianinas sintetizadas, utilizando láser llasli l'otólisis, para obtener información acercade espectros, coeficientes de. absorción y rendimientos cuánticos. Para. evaluar el conte­nido energético del estado excitado, se realizaron mediciones a traves de espectroscopíaoptoacústica inducida por láser (LIOAS).

4.3 Estado Triplete 75

100 l I r ff I I I I

ao — solvente: Tolueno —

60 - ­

_ o _4o - —

20 _ A _

o = 2 .L 1' 4' = % a a

80- solvenïe: Tolueno ­"' '1

60- —O

4o— —

20- B ­

0 i E ¡L % E I i i E

80 —so!ven're: THF ­|NTENSIDADDEFLUORESCENClA(u.a.)

60

\.°\

20 Ol l l l L l l l l0

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

FRACION DE LUZ ABSORBIDA

Figura 4.6: Gráficos (lo intensidad (lo Íluoroscvncia (‘n función (lo la. luz absorbida. lotal(o) y cn función (lo la luz absorbida por ('l monómom (o) para XXIX (A), XXXVI (B)y XXXVII ((Ï).

76 Fotofísica

I'lutodas las experiencias realizmlasl se trabajó con soluciones desgasadas para eliminarel oxígeno que, como se indicó anteriormente, desactiva el triplete por translcrencia deenergía. I'luefecto, cuando se utilizaron soluciones saturadas con aire, los tiempos de vidadel triplete disminuyeron notablemente con respecto a los medidos en soluciones libres de.oxígeno ('l‘abla 4.3).

AI igual que con la lluorescencia, se investigó si existía alguna diferencia en las ca­racterísticas del triplete generado por excitación en la. banda de Soret o en Ia. banda Qutilizando, para el primer caso, Am: = 337 nm y para el segundo A,_,.,._= 690 um {ver('apitulo 6).

4.3.1 Espectro diferencia del triplete

Los decaimientos de los transientes fueron monoexponeuciales para todas las longitudesde onda de análisis, similares al de la. Figura 4.7, y se ajustarou por:

I.

AA=AA!;.eXp T—0+1; (4.15)T

en donde AN}. es la absorbaucia. del triplete a tiempo cero y H una. constante arbitraria.l,os tiempos de vida. del triplete se obtuvieron promediando los valores de Tlf.para todoslos decaimieutos.

Losespectros diferenciadel triplete para XXIX, XXXVI y XXXVII que se muestranen la Figura 4.8 fueron obtenidos punto a punto, graficando AM" para cada /\ de análisis,a intervalos de lt) nm. Son similares a los obtenidos para otras ftalociauiuas en solución,presentando una ancha banda de absorción con el maximo localizado eu 480-490 mn. Nose observó diferencia al realizar la excitación en una u otra banda de absorción del estadofnmlamental, en coincidencia con los resultados de. lluorescencia.

4.3.2 Rendimientos cuánticos de tripleteLos rendimientos cuánticos de cruce intersistema o rendimientos cuánticos de formación

de triplete (07-) fueron evaluados usando el método de Medinger-Wilkinson [136]. Estemetodo se. basa. en la desactivación del singulete del compuesto en estudio por medio deun desactivante que convierta completamente el estado singulete en triplete según:

vt kh Ii ­

(Tomodesactivantes, normalmente se usan moléculas con átomos pesados como Xe [137],sales y halogenuros orgánicos de yodo y bromo [|36, 138, 139, 140]; organometalicos demercurio y estaño [M l]; etc. La desactivación del singulete se pone.de manifiesto, para lasdistintas concentracimies de (lesactivante, por una disminución en la intensidad de fluores­cencia (lr) con respecto a. la intensidad sin desactivante (l?) y el aumento en la cantidadde triplete se cuantifica por medio de la amplitud de Ia señal del transiente a tiempo ceroen ausencia (AND y presencia (AAT) de desactivante.. El (1’7-sc obtiene de la pendiente

, . Io . . , IOAA” . .

de graficos de ¡1'-—l) eu ltlll(',l()ll de ¡AA' — l para diferentes concentracloues deí ¡l­

desactivaute.

4.3 Estado ’I‘riplete 77

RESIDUOS

49'3 I I I I l l l l

compuesto: XXIX solvente: Tolueno- . lexc_=ó<?0nm Aanó¡.=480 nm ­

3e_3 _ l Parámetro Valor Errorestándar _

' ‘ AA"T 3,510.103 3,840.10'5

- ‘ l :0, 4,563.10" s 1,254.105 s —

' l. B 1,415.10" 2,295.1052e-3 - != ­

_ l“ Í I _L» \

19-3 L P: 1 i —

¡[la ‘ .' ‘l v I

l I I 'nl ‘¡_.| ¡I ¡hitI f I']

0e+0 y M 1 rI‘ 4

= E i % i i í 'r

4e-4 - ' , I ­X ‘ ‘ |\ ‘ Á K

0e+0 i l l lI 'h r.lr'1_“'l.l ¡'ugllua‘lqll h |.n‘ J'rlli‘ .I1...rll-4e-4 - " ­

_Be_4 l l l l l l l l

0.0e+0 5.0e-4 1.0e-3 1.5e-3

TIEMPO (s)

Figura «1.7:Dovaimionto (lo Lriploto típico do las ftalocianinas estudiadas.

73 Fotofísicn

0.05 T l l l I I I

-0.05 >­

_o,1oZ Exci‘roción o 337 nm- Solven’re: Tolueno

-0.15 —

-o.2oE A-0.25 r- l l l lf0.001%!“ _____ .,.

-0.04 ­

á - Exci‘rocióno 690 nm—o.03u Solven’re: Tolueno

-0.12 — B

0-02 á l ¡L % 4.

0.00R _

-0.02 >- —

L Excifoción o 690 nm ­-004 - Solvenïe: THF _

—o.os- C —

400 500 600 700

A (nm)

Figura 4.8: I'lspvrtros (Iií'oroncia(lvl lriplvlo para los (‘ompuostos XXIX (A), XXXVI (B)y XXXVII ((Ï).

4.3 Estado ’Iï'iplete 79

I l I l l lcu'

. u . I 1

3 120 aumento Excn‘ocnon

:5) _ [Nou o ói 0 nm _L2“ 100 - ­o(“,3 - solvente: ­o; 80 — meïonol —oD _ __lLL 60 — _

LLIo _ _.

2 4o — ­9 _ _

‘á’Lu 20 — ­

¡2 _- o l l 1‘ l

650 700 750 800

x (nm)

Figura 4.9: I'Ïspectros de emisión de XXIX con dislvinlas conctmtraciones (le Nal (ent re 0y |,2 M).

Se, probaron varios desactivantes organicos como bromobenceno, iodobenceno o l­iodobutano pero no se observó una. desactivación significativa de la lluorescencia a. me­nos que se usara n concentraciones extremadamente altas de los mismos. Si se obtuvieronbuenos resultados con Nal, aunque la solubilidad de la sal reslringió el uso de solventes aalcoholes de cadena corta. Como puede verse en la Figura. 11.9la forma. de. los espectrosde emisión no se vio afectada al aumentar Ia concentración de Nal; lo mismo ocurre conlos espectros (le absorción (no mostrados en el texto).

(Ïlnando se utilizaron como A de excitación 337 mn y (ilO nm para fluorescencia asícomo 337 nm y 690 nm como /\ (le láser para generar el triplete, se obtuvieron los mismosresultados. Los CDTde XXIX en metanol y de XXXVI en l-l)nt,anol, obtenidos de lapendientes de los gráficos (le.la Figura/1.10, se muestran en la. 'l‘abla.4.3. Para. XXXVIIIIa medición por este metodo no se. realizó debido a que es insoluble. en alcoholes y el(DTse estimó a. parlir del rendimiento cuántico de formación de oxígeno singulele (verCapítulo 5).

Los gráficos de Stern-Volmer no fueron lineales, lo cual ya fue observado en casos en

80 Fotofísica

’ o 337mm1.0- I óïonm

Solven're:°-8 meïonol

18 If l l l l l/ —41.6 — _

0.4 1.4 - - J

1.2 - — _

0.2 - —

10 l L4 L J l‘T oo 0.4 0.8 12 “- 0.0 ï' E % i i + % 4 ' ' í

:o — _

0-6- o 337 nm B ­— D 610 nm a

0.5 — ­

+ Solven‘re:0.4- 1-bufonol

0IOAAT/IAAT-1

Figura. 4.10: Relación entre las inlvnsidades relativas (le Ílnnroscencin y las absorhanriasrolativas del triploto a.diferentes concentraciones (lo.Nal para XXIX (A) y XXXVI (ll).lnsorto: Gráficos do Storn-Volnwr para la.desactivación (lo Ilunrosconria por Nal.

4.3 Estado Triplete 81

I Compuesto (DT €'¡-_'r/l\1"chn-' (A/uni) Ref. _l

l'lm’l‘l’l’ 0,88:t 0,18 7.4.10" (.170) [132, ¡3ML'l‘l’rPO o, .1d: 0,1 (2,1 :t 0,6).104 (395) [132] |

'l‘abla ¡1.2: Datos (le (DTy 6'r_'r de '/,n'l‘l’l’ y 'l‘l’rl’O.

que el desactivante se encuentra en ('oncentraiciones lo sulicienteinente altas como parainfluenciar las caracteristicas del solvente “36, MI].

4.3.3 Coeficientes de absorción T-T

A partir de los valores del producto (DTST_Tcalculados utilizando el método comparativode Amand y Bensasson [1/12],y de los (DTde,cada compuesto, se,obtuvieron los coeficientesde absorción del triplete (57’4‘) a 480nm. Para. aplicar este método, es necesario contarcon un compuesto de referencia que tenga un (D']'€'['_'rconocido y se trabaja midiendo laabsorbancia del triplete a tiempo cero (AMD para. distintos valores de energía del láserde excitación (l'3¡);se obtienen las pendientes iniciales de los gráficos de AN} en funiónde I",¡para muestra (I’m) y referencia (I’..) y se calcula (DT5T_T de acuerdo con:

) __ —A'

4)..,. ,._q)" r ¿’___(lm ) (-117)[EI-I — TFT-T Pr“ _ md...) ­

en donde se realiza la. correccir'm por absorbancia de muestra. y referencia. igual que enla ecuación ll.|2. l'ln los casos eu que fue necesario, se corrigió la. absorbancia medidacalculando la absorbancia del nionómero por medio de los coeficientes de absorción y laKd calculados en el (Ïapitulo 3.

En primer lugar se obtuvo ell-¿r para el compuesto XXIX en tolueno, utilizando355 nm y 650 nm como longitudes de onda de excitación? Én el primer caso se uti­lizó como referencia mem-tetralenilporÍirina (le Zn(ll) (Zn'l‘l’l’) y en el segundo, tetra-n­propilporficeno ('I‘Prl’O), cuyos datos de (DTy €T_'r se detallan en la 'l‘abla 4.2.

En la Figura 4.ll se muestran los gráficos obtenidos de AM} vs. l‘).para XXIX.Dado que para XXIX se obtuvo el mismo valor (le €1'_'r con ambas longitudes de

onda de excitación, para XXXVI y XXXVII sólo se realizó la.medición excitando en labanda Q a 670 nm. (‘onio el porliceno tiene bajo coelicienle de absorción a esa longitudde onda, para estas dos ftalocianinas se utilizó el compuesto XXIX como referencia. l'Ilgráfico de AA-‘f.en función de l'). para XXIX, XXXVI y XXXVII se muestra en laFigura. 4.l2. Al igual que el grafico (le Ia Figura 4.| l, la curva presenta un típico perfil(le saturación [I/M], por lo que. los datos experimentales se. ajustaron con una función desaturación arbitraria:

AAT = (7| [l —exp ((72 1'30] (4-18)

'P ‘ . . y . u . . .. .'l'.stas medK‘Ioncsfueron realizadas en el Max Planck Institut fur btralilenclieinle (le Mulliclm, Alema­nia; con un arreglo experimental similar al descripto en la Hcf. [Mii].

82 Fotofísica

0.5 I r 1 l l I I l I

04 _ Exci’roción _' o 355 nm I

0.3 - —I ZnTPP

É o XXIX ­

0.2 - ­

0.1 — _ 4L -HW4 l l l l l 4L l l

0.0 0 5 1.0 1.5 2 0 2.5

ENERGIA (mJ)

| l l I I l 1 I I I I

o020 Excitoción‘ ' o 650 nm ' d’ - TPrPO “

0.015 — ° . o XXIX ‘

0.010 — ï

0.005 — —

I l l l l l l L L J l0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

ENERGIA (mJ)

Figura 4.l l: Gráficos AN}. rs. I‘llpara XXIX, Zn'l‘PP y 'l‘Prl’O vn Loluvnn, utilizando355mm y 650 nm como A (lo oxrilnrión.

A--_

4.3 Estado 'I‘riplete 83

0-006 I l | l I l l l I I I

°'°°5 ' Exci’roción u l '- o ó70 nm ­

0.004 - ­

_ o —

á 0.003 — A ­

0.002 n _' 0 XXIX

- xxxvu

°'°°1 ' A >oo<vm

0.000 1 l l l l l l l l 1 1

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

ENERGIA (mJ)

Figura «'l.l'2: (lrálico AN} vs. El para XXIX y XXXVI en tolueno y XXXVII en 'l‘l‘ll",utilizando 670 nm como A de excitación.

en donde ('1 y (32 son parámetros ajustables. Las pendientes (l’) a l‘). = (l para laecuación 4.]7 se calcularon por I’ = (ï¡(32. Los valores de (Ihry ¿“7'41-no pudieron obtenersedirectamente de (Ï¡ y ('2 por el metodo de saturación parcial [145], ya que, en este casolos tiempos de vida del singulete de las l'talocianinas (típicamente 5 ns) son similares a laduración del pnlso de laser (8 ns) y no se puede aplicar un modelo sencillo de dos estadosa la cinética de generación de triplete [1-15, |46|.

l'ln la 'l‘alila 4,3 se indican los valores calculados para los 514- de los tres compuestos.

4.3.4 Energía del triplete

La. LIOAS, al igual que la IÍI‘I‘).es un método Í'ototórnlico que es capaz de cuantificar la,cantidad de calor liberada. al medio por un compuesto que se desexcita luego de absorberluz. Mientras que la l/I‘l‘) detecta cambios en el índice do refracción de la solución alproducirse un gradiente de temperatura, la LlOAS detecta la onda de, presión generadapor la liberación de calor. Las señales que se obtienen son similares a Ia.de Ia Figura 11.]3.

84 Fotofísica

compues’ro: )0(XVII

SENALon

0.o ———Ww

P disparodei ¡(aser solvente: THF

'1-0 ’ KexcéóBO nm ‘

_1 5 1 1 l l 10e+0 1e-5 2e-5

TIEMPO (s)

Figurar/1.13: Señal de LIOAS típica de las l'talocianinas estudiadas.

La. amplitud del primer máximo de la señal (ll) está relacionado con la.energía del ¡.áserde excitación (lil) por [133]:

II = Ku (1 —10*) E, (4.19)

La constante K contiene los parámetros termoelásticm: del solvente así como constantesinstrumentales, y o es la fracción de la.energía total absorbida que es devuelta. como calor(normalmente conocido como “prompt heat”) en el tiempo de tránsito de la.onda. acústica(Tu)­

I'In los casos en que coexisten monómero y dímero, (v incluye las contribuciones deambas especies. Por otro lado, toda la energia absorbida por los dimeros es perdida comocnlor ((l'([¡,,,,,.,,= l), por lo que el valor de (r obtenido experimentalmente por medio de laecuación 4.19 depende de In.concentración relativa de monónlero y (límero, cuando ambosestén presentes. En términos de la absorbmwia, este. efecto puede expresarse por:

Amonómn'o Ailímcroa=amunómu‘uT‘+7“

4.3 Estado Triplete 85

Para las soluciones desgasadas de las ftalocianinas estudiadas, y siendo 1'"mucho menorque T10-, la única especie que puede almacenar parte de la energía absorbida es el estadotriplete de acuerdo al siguiente balance de energía [líl3]:_

Il)!.I'c.= "¡uuu-inner“I‘I'u'r.+ 'l' 07‘I'I‘T (¡l l)

en donde Em; es la.energía de un mol de fotones a la.longitud de onda. de excitación, (l‘lr)es la energía media de fluorescencia y HT la energía del triplete.

Las experiencias de l.l()AS se realizaron excitando las soluciones de los colorantes a 680nm y se midieron los valores de ll a distintas I'll para soluciones con distinta absorbanciaa la longitud de onda de excitación, obteniéndose los gráficos de la Figura 4. l4.

Al igual que en l/l‘l'), es necesario utilizar una referencia calorimétrica que devuelva almedio en forma de calor toda. la energía absorbida (o sea n = l) para poder eliminar laconstante K al graficar las pendientes de la Figura Il.l1l en función de la fracción de luz

absorbida (l —lll-A). l'Ïn este caso se utilizó azuleno, y del cociente entre las pendientesde estos graficos para nmestra y referencia, se,obtuvo (v (ver Figura 4.15)

Para XXIX y XXXVI, los valores de absorbancia a. 680 nm fueron entre (l,l ¡2 y0,242, y corresponden a un porcentaje de agregación de menos del 5%. Por ello no fuenecesario realizar la corrección según la ecuación 4.20 y para ambos compuestos se obtuvoel mismo valor de l'l'r.

l’ara XXXVII, los experimentos se llevaron acabo con absorbancias menores (0,070;0,l()l y (“30) y aún así la dimerización es importante (30-40% de dímero), por lo cualel tratamiento de datos fue realizado en forma diferente. l'In este caso, el valor de (v esfunción no lineal de la absorbancia a raiz de la. variación en la concentración de dímero.Por lo tanto, para cada una de las tres concentraciones, se obtuvo un valor de o por simplecociente entre los valores de. las pendientes de los graficos de la Figura 4. lb' para muestray referencia, en lugar de obtener un valor global graficando en función de. la fracción deluz absorbida como en la Figura 4.l5. Los tres (y experimentales fueron diferentes (0,52;0,57 y 0,64), valores que al ser corregidos con la ecuación 4.20, utilizando los para metrosde agregación del Capítulo 3, dan un mismo valor para n,,,,,,,,;,,,e,.ocoincidente con los deXXIX y XXXVI (ver 'l‘abla 4.3).

I'll procedimiento descripto en el párrafo anterior y la naturaleza del solvente deXXXVII, introdujeron una complicacic'mexperimental adicional. (,Ïomo para XXIX yXXXVI se utilizó tolueno, el desgasado pudo llevarse a cabo burbujeando nitrógeno sa.­turado con el solvente y todas las mediciones se.realizaron sin retirar la celda conteniendola muestra del portacubetas, para evitar variaciones en K. Dado que para XXXVII seempleó 'l‘lll", el desgasado debió realizarse en línea de vacl'oy las mediciones se llevaron acabo de a. pares para. muestra y referencia (la cual no necesita desgasado).

I'll (D7-para XXXVII no había sido calculado por eI metodo de Medinger-Wilkinson,aunque puede ser estimado a partir de las mediciones del rendimiento cuántico de for­mación (le. oxígeno singulete. (d’A) descriptas en el Capítulo 5, por lo que no se obtuvoICTpara este compuesto. l)e| valor de o obtenido por LlOAS, se desprende que su valorcoincide con el de las otras l'talocianinas.

Finalmente, si se analizan los estudios de lluorescencia. y de generación de oxígenosingulete (Capítulo 5) para XXXVIII, se concluye inmediatamente que su fotofl'sicaes

86 Fotofísica

<' ozuleno

0 XXIX0.8 ­

ozuleno

+ OXXXVI /_L

o

'0e+o 2e-6 4e-6 6e-6 8e-6 1e-5

ENERGIA (J)

Figura ‘l.|4: Gráficos (le ll on función de F4 para. azuleno, XXIX y XXXVI en tolummempleando 680 nm como A (lo omitarión.

’

4.3 Estado 'I‘riplete 87

1.5e+5k0 ozuleno __ O ozuleno _m _ I xx¡x _ XXXVIl.­

É 1.0e+5 —o _z‘É' 5.0e+4 __ Ink”. r/Ï

//'_._——I"‘" zl/zl/+0 l l l l l l l l l l l l

e 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.4 0.5

FRACCION DE LUZ ABSORBlDA

( 1-10'A)

Figura ILL"): Gráficos (lo las pondionios (lo Il vs. El on I'unción (lo la, fracción do luzabsorbida para azulonu, XXIX y XXXVI on toluono.

NI 1

'l‘ahla «1.3: I’mpimlmlvs (lvl (ns-Ladotriplvlv (lo,XXIX, XXXVI y XXXVII.

análoga a. la do los XXIX, XXXVI y XXXVII.'l‘odos los valores medidos relacionados con el estado Lriplete se resumen en la 'l‘ahla 4.3.

88 Fotofísica

0.45 I I l I l l l I

A(680nm)=0,070

fjfif

0.30 —yñ0.15— /./'/./ _

l l l l l l l l l0.000 0.004 0.008 0.012 0.016 0.020

I Í l | l

A(680 nm)=0,1011.5 ­

V 1.0

0.6

0.4 — —

0.2 - 4

0_0 l 1 l l l 1 1 1

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025

ENERGIA (mJ)

Figura 4.|(i: (¡ráíims de Il un función (lo I‘h para. azulono (o) y XXXVII (o) on 'l‘lll“,utilizando 680 nm como A dv excitarión.

DOOOOOOOOOOOOOOOOOO0.0...OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

Capítulo 5

Formación de Oxígeno Singulete

5.1 Descripción General

(lomo ya. fue descripto en la Figura 4.2, una. vez que se l'ormó el t.rip|et_ede. las ftalociani­nas, este puede ser desactivado por otros compuestos presentes en el medio. La reacciónmás relevante para la aplicación de las ftalocianinas en distintos campos (ver Capítulo l)es la desactivación de su estado triplete por transferencia de energía al oxígeno molecularl()2).

La molécula de 02 en su estado fundamental es un triplete (32;), por lo cual, Ia.oxida—ción de la mayoría de las moléculas orgánicas en estado fundamental, cuya. multiplicidadde espín es. l, está. “prohibida. por espín”. I'll primer estado excitado del 02 es un SinguleteUAH), que posee una energía (le 9-1,] kJ/mol por encima del estado fundamental. Lostripletes de las ltalocianinas, con una, energía de 116 k.l/mol (1,2 eV; 'l‘abla 4.3) pueden,como se indica en la.ecuación 5. l, transferir energía al 02 disuelto en Ia.solución en la cualse encuentran _yde esta manera funcionar como “lotosensibilizadores” para la formaciónde oxígeno singulete. lista. transferencia de energía. se pone de maniliesto a. traves de ladisminución del tiempo de vida del triplete de las ftalocianinas en soluciones en equilibriocon aire (sección 11.3).

I'll02 UA”) puede desactivarse radiativamente, tórmicamente (como cualquier estadoexcitado), por desactivación física, o por reacción química.

En este ( Éapítulose evalúa la capacidad de las l'talcxñaninas sintetizadas de actuar como

3 _I _ 3\\- k” l I l r

'I‘ransft‘rcncia (Í( cncrgía P‘ + OA “y ) k-í PC+ Oll Ay) (d'l)¡"nsfm'cscr'nr‘ia 02(1A9) 0202;) + "VP (5-2)

Interacción. con.cl snl'uc'nlc 020451,) 02 (32,7) (5-3)

Dc'sal‘liwu'iónfisica 02049) + Q g 0202;) + Q (5.4)

Oridacíón dc sustratos GAIA”) + S productos (5_5)

Figura 5.!2 Formación y desactivación de oxígeno singulete.

89

90 Formación de Oxígeno Singulete

l'otosensibilizadores para la formación de 02 ('A”) en solución, calculando su rendimientocuántico de formación de ()2 UA”) (d’A). Para. cuantificar la cantidad de 02 ('A") pro­ducido, se utilizaron tecnicas basadas eu la detecc.i(')ude su l'osl'orescencia (ecuación 5.2).

I'll espectro de. emisión lostorescente del 02 UA”) está formando por dos picos vibra­cionales. La banda (0-0) de la. transición 02(IA”) ——)02(329’) está. centrada en 1270 nmy la transición ((l-l) aparece a ¡580 nm, correspondiendo a. menos del 5 % de. la emisióntotal [147]. Normalmente se conoce como “lostorescencia de 02 (¡Ag)” a. la emisión a ¡270um .

5.2 Rendimientos cuánticos

Los (DApara XXIX, XXXVI y XXXVII se determinaron en soluciones saturadas conaire por detección estacionaria de. la fosforescencia de 02 (¡Ag) [148]. La. señal de l'osfo­rescencia. (IA) es proporcional a la.concentración de 02 (¡AH y está dada. por :

IA = Kk, [02('A9)] (5.6)

en donde K es una constante "instrumental y kl. es la constante radiativa de la ecuación5.2. Dadas las condiciones de irradiación continua en las que se trabaja, se alcanza unavalor estacionario para. [()-¿(¡A(,)]:

[02('Ag)] = 10 (1 —10-")<1>ArA (5.7)

la cual depende no sólo de la cantidad generada por el lotosensil.)¡lizador dada por el

producto entre la intensidad de luz absorbida (lo (l - 10"l)) _yel (DAsino también (leltiempo de vida del 02 (¡Ani (TA).

(Ïombiuando las (‘('llíl('l()ll(’fi5.6 y 5.7 se.tiene para la señal est aciouaria. de fosforescencia.de 02 (¡Ay):

IA = Kk,10(1— 10-”) «WA (5.8)

Para obtener el (DA,se compararon las IA de las ftalocianinas con las IA de un corn­puesto (le referencia. cuyo rendimiento cuántico (02) es conocido, en el mismo solvente.l)e| cociente entre ambas se tiene:

¡310- 10-M)4, = r ____ r.9A Algo-104m) l’ l

(lomo compuesto de referencia se utilizó Hg'l‘l’P cuyo 0A es 0,62 i 0,06 tanto enbenceno [149] como en CCI4 [ISO]y dadas sus características de absorción, se.utilizó comolongiud de onda de excitación 650 nm.

Los valores de IA empleados en Ia ecuación 5.9 se obtuvieron restando las señales medi­das para cada. solución antes y después de agregar l,4-diazabiciclo[2.2.2]()ctano (DABCD),

5.2 Rendimientos cuánticos 91

8 l I l I l I I I Í

Compues‘ro: )OO(VIh ¡UZ “0 ¡UZ Solvente: CH2CI2

km: 650 nm6 ’ Todos los filtros on ‘

ConsïonTesde tiempo:_ pl'eÏOS ¡30510,15 ­

EL 4 _ agregado de _:5 DABCO

- luz no luz 1

2 _ _no luz

0 l l l l l l l l l

TIEMPO—->

Figura 5.2: Hviull vslau'innzn'in (Iv I'usl'urvsu‘m'in «lv ()_. ('A,,) lípirn (lo las flulorinninns (‘3­l,ll(liadas.

92 Formación de Oxígeno Singulete

el cual funciona. como desactivante li'sicodel 02 (¡Ag) según la ecuación 5.4 y permite ob­tener la lectura. instrumental en ausencia.de fosforescencia (línea de base). Una señal tipicaobtenida en las experiencias de. detección estacionaria se muestra en la Figura. 5.2.

Para la.determinación del (DAde.XXXVIII se empleó la detección resuelta en tiempode la fosl'orescencia de 02 (¡Ag) [M8]. La intensidad de fosforescencia medida, dependientedel tiempo |(t) es ahora proporcional a. la concentrackín de 02 ('Ag) a un dado tiempo ty, en ausencia de desactiva ntes, el decaimiento de la.señal es Inonoexponencial:

l,

= [OCXP-T—0A

I'll valor de lo corresponde n. la. l'osl'orescencia a. t=0 y rx es el tiempo de vida natural deloslorescencia, dependiente del solvente en el cual se trabaja:

——— .".l|kr'l'knr )Tg =

I‘lnel caso de existir algún tino de,desactivación o reacción por parte del sensibilizadoro de otro compuesto presente en el medio, el tiempo de, vida de fosforescencia diminuyede acuerdo con:

l l . í— = T + qu621+ Isola] (-5.12)

La relación entre lo y In.concentración de 02 (IAN) a tiempo cero ([()2('A8)]0) es lamisma que para el caso estacionario (ecuación 5.6). 'l'eniendo en cuenta la dependenciade [()2('A¡)]0 con la energía (El) y la longitud de onda (ACN) de excitación:

[02(‘Ay)]u=<l>A (1—10-”) (5.13)

donde V es el volumen irradiado; es posible relacionar lo con (l’A:

lo = K’Am (1 —10-") mmm (5.14)

siendo lx" ln constante. instrumental.Para la determinación de 0A se midieron las señales de. l'osl'orescencia resuelta en el

tiempo a varias energías de excitación lil para la muestray para un compuesto de referenciade (DAconocido, en el mismo solvente. y utilizando la.misma Am,” Para cada decaimiento,se determinó lo y de los gráficos de lo en función de El se obtuvo la pendiente PA:

PA = K'Amk, (1 —10") (DA (5.15)

('onlparando las pendientes para muestra y relerencia es posible calcular (DA:

Pg (1 —10-M)=‘ -— .".l(‘A Pg (1 —l0""") l’ ’l

‘Ï’A

5.2 Rendimientos cuánticos 93

l l I I l l l

dm JIU! FW".-0.16 F" r ‘

’ compuesto: xxxvm—o.18— solvente: D20 —

_ lexc.=ó70 nm2_ -0.20 — ­

Parámetro Valor Errorestándar- A 1,053.10'2v 2,611.10‘4v ­

r] 5,357.10'55 4,153.10'Ós'0'22 ‘ B 5,649.10" v 5,160.10'2V 4

:2 1,026.10'ó s 3,553.10B sc -0,157óv 2321.10" v

-0.24 h —

4e-3 % = = % % = %

“3 ‘ l

g 28-3 " I J I- “¡JILVIn .. A ul‘ l l I i ¡Il

3 0e+0_ M" .‘ num " '|"'["!""IY|""'[I‘I"I“I TILIJ -2e-3 w ‘ lo; _

_4e_3 1 l 1 l 1 1 1

0.0e+0 5.0e-5 1.0e-4 1.59-4

TIEMPO (s)

Figura 5.3: Señal do fosforosconcin do 02 (IAN) resuelta. on ('i tiempo roprosontalivn. dolas obtenidas para ol compuesto XXXVIII.

94 Formación de Oxígeno Singulete

Las mediciones se realizaron en agua deuterada (l)2()) en donde los valores informadosde TXvarían entre ¡M¡Is y 120 IIS, lo cual facilita. notablemeute las mediciones con respectoa “20 en donde TK= 3, UIS-Tus [151, l52, [53]. (Jomo compuesto de referencia se utilizóa'/.ulde metileno (AM) cuyo ‘I‘A= 0, 55:t0, 03 [1.50]y como longitud de onda de excitación0'70 um.

Hn la Figura 5.3 se muestra una señal típica obtenida. en estas mediciones'. En la zonacercana a tiempo cero se observa una Señal muy intensa debida a la doble contribución deluz dispersa del láser y de lluoresceucia de la ftalocianina. Esta señal decae rápidamentey luego es posible distinguir un decaimiento más lento correspondiente a la emisión del()-¿ (¡Aula lo cual se cmnprueba. facilmente observando que ósta no aparece al agregarNa.N;,, desactivante físico del ()-¿ ('A”) (ecuación 5.4). Debido a esta interferencia, seajustaron todas las señales por medio de una función biexponencial del tipo:

[(1)= A(!x¡)(--IÁ-)+Bexp +C (5.IT)Tl T2

l‘Jlfactor preexponencial perteneciente al término con mayor tiempo dc vida se tomó comolo.

Nuevamente, la concentración de las soluciones representó un problema para la.deter­minación, debido a la alta Kd (le XXXVIII. Además el AM también sufre agregación ensolución acuosa, siendo conocidos su constante de agregación Kd = (5, 9 :t 0,7).103 M’l ylos espectros de monómero y dímero [|51|]. Se trabajó con tres soluciones de XXXVIII enl)2() con absorbancias ¡,239; 0,l83 y 0,027 a 670 nm para abarcar tres relacione diferen­tes mom’nnero-dímero e informar el rendimiento cuántico como el promedio de las tresdeterminaciones. Se empleó como referencia, para la más diluida, una solución de AMen l)2() con absorbancia 0,021 a 670 um y para las otras dos, una solución de AM lomás concentrada posible pero evitando que el colorante se agregue eu forma apreciable(A=0,18l a 670 nm). l‘Inel cálculo se aplicó la corrección por fracción de. luz absorbidapor el monómero de XXXVII] en la misma forma.que para (l)! (sección 4.2) quedando:

Inn - 10-A’)<1)= (Dr-A-——-- 5.18A A ¡,3 7M l l

La Figura 5.4 se muestra la dependencia de lo con El para las soluciones en D20 deAM y de XXXVIII. Los valores obtenidos de QA para las tres soluciones, en ordendecreciente de concentración fueron 0,08 :l: 0, M; 0,07 :t 0, lll y 0,69 :l: 0,20. l,a bajaintensidad en las señales para. las soluciones más diluidas produjo una peor correlación enla recta de lo vs. lil y por consiguiente llll error mayor en QA.

Los tiempos de vida TA obtenidos, fueron similares para las soluciones de los doscolorantes, con un valor promedio de (54 :l:3) [LSque está. dentro del rango informado paral)2(). La constante de desactivación k,l para AM tiene un valor de 11.108M’| [|53], con locual las concentraciones empleadas 2, 1.10‘6M y 2,5.l0’7M no producirían disminuciónapreciable en TA. Las concentraciones de XXXVIII, menores que 5, 5.10‘5M, tampoco

lDebido a que el amplificador empleado es inversor, la señal es negativa

5.2 Rendimientos cuánticos 95

I0(mv)

O

6.0 — o :4.o o 1/2.o /@/‘ A(ó70]=0,183—

l l l J l l J l l0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

ENERGIA (mJ)

Figura 5.41: (u‘ráfims (lo intensidad (lo fosforcsronria. do 02 (lAs) oxtrapolada a tiempovom en función (lo la energía do láser para azul de molilono (o) y para XXXVIII (o) enl)'2() (Auazfflflnm).

96 Formación de Oxígeno Singulete

(i2zt 15

67 :t 14 (Jl

45}. ¡2

'l‘abla 5.]: Rendimientos cuánticos de formación (le 02 UA”) de los compuestos XXIX,XXXVI, XXXVII _yXXXVI”.

parecen afectar el valor (le TA,en l'onna consistente con los valores (le k(l informados paraftalocianinas sulfonadas de Aly Zn en l)2(), los cuales son menores que [08M“cm’l [I 15].

llos (DAobtenidos en distintos solventes se muestran en la. 'l‘abla 5.1. Las concentra­ciones (le ftalocianina empleadas para XXIX y XXXVI fueron (lel orden (le 10“? M,correspondientes a aproximadamente un 97% de monómero y, como se puede observaren la 'l‘abla, los (DAI'ueron similares a los valores de, (DT (Tabla 4.3) en los dos solventesestudiados.

Para XXXVII, Kd y los coeficientes (le absorción del dímero son mayores que losde XXIX y XXXVI, y aún a 8.]0‘7 M existe un 35% (le monórnero. l‘Jneste caso.se obtenían valores más bajos (le (DAsi no se tenía en cuenta la agregación. Luego decorregir por fracción (le lu7,absorbida por el monómero, se hallaron los valores incluídosen la. 'l‘abla 5.1. I'll (DAen (Ïll2(.'.|2 se mantuvo menor que los demás, lo cual puede indicarun cmnportamiento distinto de XXXVII en lo que respecta a. la diinerización en ese,solvente.

Observando los valores de (DAy (DT(le XXIX y XXXVI, se concluye que, al igual queotras ftalocianinas de Zn(ll) [l 13, l l9],su triplete se,desactiva practicamente por completoentregando su energía al 02:

. (DA k!c[()2].5 = — =ï-——— = l {.19A 4’7' ¡MIO-¿1+ (’ l

Dado que Ia transferencia de energía.desde el estado triplete hacia el oxígeno es un pro­ceso (lifusional [ISS], puede asignarse a ku un valor cercano a 101°M’ls". Por otro lado,los tiempos (le vida. de tripletc- medidos (aproximadamente 400 ps) permiten afirmar que:i'r << k¡.,[()-¿]para las l'talocianinas estudiadas en un amplio rango de concentraciones (le

02, aún en agua.en donde la.solubilidad es menor que en solventes orgánicos (0. 265.!0‘3Ma 25”('. [|56]). listo es consistente con la coincidencia en los valores (le (DAcalculados paralos distintos sOIVentes.

Teniendo en cuenta estas observaciones, es pcsible.utilizar (DAde XXXVII y XXXVII] co­mo un valor aproximado (le sus (br.

Capítulo 6

Métodos y Montaje instrumental

6.1 Lente térmica estacionaria

lil arreglo experimental utilizado en las maliciones de lÍl‘H se muestra en la. Figura 6.1.La posición de cada componente del conjunto en ei banco óptico fue optimizada de modode obtener Ia. mayor señal [157].

Se. utilizó uu Ia'ser continuo de lle-Ne. (632,8 nm) de lt) mW (Melles (lriot (lñ-LIIR­M l), el cual se enl'ocó con una lente (Ii). Las soluciones se colocaron en una celda. de.cuarzo de l cm de paso óptico (M) ubicada a la distancia conlocal de la. lenle [ISK]. Auna distancia (d) de aproximadamente l m, se colocó un pequeño orificio (l’) (pínhole)a. traves del cual pasa.el haz divergente para ser detectado por un fotodiodo (Silicon(Ïorp. 444-42). La señal proveniente del fotodiodo es registrada en un osciloscopio digital(0) (Hewlett-Packard 54502 A) y almacenada. en una. computadora (PC) por medio deuna interfase llPlB para su análisis. En la cintura del haz del láser, a continuación de L,se colocó un obturador electrónico (OIC) (Melles (¡'riot electronic shutter) accionado porun generador de pulsos 'l"l‘l. (({|’)(construído en el Centro de Investigaciones Ópticas delia Plata).

En forma genérica, Ia lente termica, como ya. se mencionó en la sección 4.2, es un pro­cedimiento calorimótrico que detecta el pequeño gradiente de temperatura que se produceentre el hay, del láser y el medio que lo rodea. l‘IIcalor a. su vez genera un gradiente deíndice de refracción que actúa como una lente divergente. l'In este caso I'ue aplicada. a. ladeterminación de (Dj.

I'll formalismo matemático se basa en una balance inicial de energía [ISSÜ]:

I'Ïl = If; + [9'] + la} (6.|)

en donde los suhíndices I, l, I'y c designan las potencias de láser incidente, la transmitida,la de lluorescencia y la termica, respectivamente. El (Dfpara un compuesto cuya frecuenciamedia de emisión es (17) y que fue excitado con un láser a. ul, se expresa. por:

1;

mi (6.2)(Df = gra-MJVI

97

98 Métodos y Montaje instrumental

Figura (H: Arreglo experimental empleado para las mediciones de lente termica. estacio­nuria.

y la fracción de luz absorbida por:

H] + Í'ÏcH, — Iv}

‘ - ’9‘1

1- 10‘”4 = — (".3El (J )

y de 6.]. 6.2 y 6.3 se obtiene:

lic = 1:)(1-10”) (l —«¡go/n) (6.4)l/¡

En la.Figura 6.2 se.muestra. una señal típica de. lll‘i') obtenida en una de las mediciones.Iintseñal dependiente del tiempo de In intensidad en el centro del luw,(l(t)) se ajustó

según la ecuación [|29]:

02o——,+—'—2 (6.5)1+2fi 2(l+ï7‘)

I (I ) = lo l —

eu donde tCes el tiempo característico de la.difusión térmica, que depende del solvente. y dela. posición de la muestra y, 0 es el cambio de, irradianria en el ('entro del haz relativa. a suvalor estacionario. i'ista magnitud es directamente proporcional a. IC“y en la constante deproporcionnlidad están incluidas la dependencia del índiee de refracción ('on la.temperatura.(dn/d'l‘) y la conductividad térmica (k), ambas magnitudes dependientes sólo del solvente,y la longitud de onda. de excitación (Al) :

‘ dn d’l‘ , _

Si se relaciona 0 para muestra (lll) y referencia (r), se obtiene la,ecuación 6.7 para el rasode una. referencia ralorimótrira y In 6.8 para. unn. referencia. de d)! conocido [132]:

0m Em i - iii-Am 11’"— = ——'..(———) I —«¡(42 (6.7)0, Is,’ (l — lÜ-I‘v) u,

6.1 Lente térmica estacionaria 99

RESIDUOS

l l l l l I I l I F

compuesto: XXXVI0.30 F _solvente: Tolueno

F Aexc.=ó32,8 nm ‘0.28 - ­

o 26 _ Parámetro Valor Errorestándar _

9 ‘ ¡o 3,261.10“V 2,281.10'“VZ ’ e 0,5125 6,527.10”

0-24 - 1C 9256.1025 4,004.10‘45 ­

0.22 h

0.20.» ü

W"1.5e-3 % % % = í i i 'r % '

7.59-4 - l— y. I: l l]¡ uII Wl'l.I.L¡l II‘l ¡lt!

°'°°+°— ‘ " ‘ HW" r ' “ww ‘ ." H 'r" ' '1-7.Se-4 - ’ ' —

_1.5e_3 _ l l l l l l l L J 4| —0.o 0.1 0.2 0.3 0.4

TIEMPO (s)

Figura (5.2:Señal (lo lonlo térmica estacionaria. típica (lo las ftalocianinas estudiadas.

100 Métodos y Montaje instrumental

. A l0m 1;,“ (1 —10- - ¡ u. (6 8)—_' = 'r '- —A' Ir n

Siemlo l".¡(le igual valor para muestra y referencia, e introduciendo la magnitud m

(pendiente (le los gráficos (le 0 its. l —lll-A)), es posible calcular los (l)! para los casos(le referencias no fluorescentes y fluorescentes:

Ill lll-m .Z _ __ (.9(p! (¡/7‘) ll ( 111,. l ’ l

1/"

(b, = "‘ 1- 1—q>’,(j) (6.10)(y?) Ill m,.

6.2 Láser Flash Fotólisis

l’ara las mediciones de láser flash fotólisis que permitieron la obtención (le los espectms(le absorción del triplete, la determinación (le sus coeficientes de absorción y del (DT,seutilizó el arreglo instrumental (le.la Figura 6.3.

La excitación a 337 nm se realizó por medio de. un láser (le N2 (Laser Optics, tiempo (lepulso: 8 ns). Para excitar en la banda Q (le las ftalocianinas se utilizó un láser (le colorantes(Spectron Sl, 4000) con Piridina l, bombeado por la emisión a 532 nm de un láser pulsado(le Nd/YAG (Spectron Sl, 800, tiempo (le pulso: 8 ns, frecuencia de disparo: ll) l'lz). l’araanalizar los transientes a 90° se empleó una lampara. (W) (le tungsteno-halógeno de lllllW (OSRAM HLX 64341). El haz (le analisis se condujo por medio de fibras ópticas decuarzo (FO) a un monocromador (MC), interponiendo entre la salida (le la libra ópticaproveniente de la lámpara y la celda con Ia muestra (M), una. lente (L2) y un obturadorelectrónico (Oli). A la salida del monocromador se encuentra un fotomultiplicmlor (I‘M)(llamamatsu R928) alimentario por una fuente de alta tensión (FA'l‘) (construida en el(Ïentro (le Investigaciones Ópticas (le.La Plata) cuya. señal es registrada en un osciloscopiodigital (0) similar al del equipo (le lll‘l‘)y transmitida a una PC ¡viainterfase lll’lli. lildisparo del osciloscopio se. realizó en forma óptica por medio de un lotodiodo (l"l)) elcual también dispara un medidor de energía (ME) diseñado y construído (ul hoc [159].Este medidor (le energía utiliza un joulímetro (.l) comercial (GEN'I‘I'XÉICO-1008) capaz(le medir pulsos provenientes del divisor de haz (Dll) de hasta 20 mJ a una frecuencia nomayor que l Hz, por lo que f_ue.necesario utilizar un divisor de frecuencias (DF) sincrónicocon el láser para comandar un obturador cerámico (OC) que intercepta. los pulsos (leexcitación y disminuye su frecuencia. Ambos instrumentos también fueron especialmentediseñados y construidos durante la realización del trabajo (le tesis(ver Apéndice A) [lb'O].Las lecturas (le energía se almacenan en la PC. la cual también controla tanto el medidor(le energia como el divisor de frecuencias. l,a energía (le los pulsos (le. laser se varió poratenuación con una cuña (le liltro neutro ((ÍN).

En el caso (le la. Figura 6.3, el equipo está. dispuesto como para utilizar el láser (lecolorantes. Para realizar la excitación de la. muestra con el láser (le N2, es necesario

6.2 Láser Flash Fotólisis

OE ME

8

Nd-YAG

Figura 6.3: Arrt‘gln ÍIISITIIIIH‘IIÍHI(le equipo (lo láser flash í'olólisis.

101

102 Métodos y Montaje instrumental

invertir la. posición de Fl) _\_'del conjunto (IN-Dll y .l con respecto a M.l'Iu la.Figura 4.7 se mostró una señal típica (le triplete obtenida por láser llasli lotólisis.

La.señal se registra en unidades de voltaje (V) en función del tiempo (s), originada porla circulación de la corriente del fotomultiplicador por la. resistencia de carga, en estecaso una resistencia de 3 kSZeu paralelo con la entrada. del osciloscopio de l M82 paraacortar el tielupo de respuesta. del equipo. La señal de voltaje en l’unción del tiempo(V(t)) se convierte luego en absorbancia. del transiente (AA(t)) utilizando como magnitudequivalente al cero de absorbancia. el voltaje promedio anterior a la excitación con el láser(Vn('-))ï

Vn('))X/ll :: l( r ('.llL () >B(V(¡) e )

I’ara el caso del triplete que (lecae al estado fundamental (Sn), esta. absorbanciaestá relacionada con la concentrar-¡(m (le triplete por:

Mu) = ['I‘I'](1,)(61-; —55°) b (6.12)

en donde los e son los coeficientes de absorción de triplete y estado fundamental a lalongitud de onda de análisis y b el camino óptico de haz de análisis. I'ln el caso delmáximo de absorción del triplete (le las ftalocianinas, la ecuación 6.12 se hace más simpleya que el estado I'undamental no absorbe en esa región (Eso = 0), quedando:

AM!) = ['17](r) ¿57.4 («5.13)

(lomo ya se discutió en la. Sección 4.3, la.curvas de AA(0) en función de la.enegía deexcitación El mostraban saturación. Si se utiliza el modelo ciuético sencillo basado sóloen dos estados, las ecuaciones cinéticas a considerar son[l45]:

1.'% = -<Iw-Iu[su] (6.11)l.(¡[77] _ . . ,

dt _ emm] (0.10)

las cuales, para bajas absorbancias e introduciendo la concentración inicial del coloranteen el estado fundamental (70, darían origen a la dependencia [144]:

AA = a, {l —-exp(—a2E¡)} (6.16)

siendo:

al = E'I'—T(A(lïlfll.)(:()ba2 = 2,303550 (A,.J,c.)<l>1- (6.18)

pudiéndose obtener de las curvas de saturación tanto coeficientes de absorción como ren­dimientos cuánticos (método de saturación parcial).

6.2 Láser Flash Fotólisis 103

Sin embargo, un tratamiento más riguroso como el de Ilugh y (Íarmichael [I4ti, lfil],tiene eu cuenta el estado singulele excitado en el modelo cinótico, y conduce, a. partir delas siguientes ecuaciones':

%Ïïl = (k¡+km)[b'.’]—lu[su] (6.19)

d = 1‘.[Sul- (k; +k,.,.+k.-,c)[s;] (6.20)

kia"[Si] (6.2l)

a una expresión de la dependencia de AA con IC.mucho más complicado que la ecua­ción 6.!6 a partir de la cual no resulta directa la obtenci(')n de €7'_'r y (DT. l'Il modelo detres estados converge.al (le dos estados cuando se cumplen:

2, 303 Eso (Au-a) El << k! + km. + h“ (6.22)

2. 303 65° (Áua) ÍÜIÓTl‘p Z l (6.23)

en donde l‘,, es Ia duración del pulso de láser.l,as desigualdades 6.22 y (5.23 se puedencombinar para dar:

kual), >> I (6.24)

Físicamente, la.condición 6.22 significa que el decaimiento de .S'l'es muy rapido compa­rado con la velocidad de pérdida de población de los otros dos estados, pudiendo entoncesel modelo actuar como si el primer singulete excitado no existiera. Por otro lado, la condi­ción 6.24 impone que, para. valores usuales de km (típicamente kh“,S 103.0."), es necesarioutilizar pulsos de láser muy largos o bien flash fotólisis convencional.

Dados los valores de tiempos de vida. de singulete (1'?) y de kh“:de las ftalocianinas dezinc (ll) [ItiZ], y la duración de los pulsos de los láseres utilizados, no pudo aplicarse elmodelo de dos estados y se determinó primero (Ihry luego, utilizando la función arbitrariade la ecuación 4.l8 se obtuvieron las pendientes iniciales para el cálculo de los ¿"p-12

El tradicional método de Medinger y Wilkinson [136] que se empleó para. el cálculode QT, se basa en un aumento de la población del triplete de la molécula en estudio pordesactivación del singulete con un compuesto que contenga. un átomo pesado según laecuación Il. Iti. I'Ïlel'ecto de este desactivante sobre la intensidad de fluorescencia es:

I}, (kh + ka) . _——-_— ———[Q] (0.25)If 'l' km'+ kisc)

en donde las constantes corresponden a las delinidas en la Figura 4.1, en la ecuación 1.16y en donde tambien se lia.contemplado Ia.posibilidad de que la desactivación no conduzcaal triplete:

s; + Q h su + Q (6.26)—¡

lVer la Figura '|.l para el significado de las constantes

104 Métodos y Montaje instrumental

l'In lo que respecta a las absorbancias (le triplete medidas:

AM = [IT] ((5.27)A/lil' [Tilo

['17] l + film[T'l Z ___k+k—— (6.28)'° “{Tkïifilfilm

(‘ombinandolasecuaciones6.25,6.27y 6.28,y teniendoencuentaque(DT=se llega a:

IU [OA/l A­

; j T ( ..__1— ____] 1. _ q,“ (¿9[j (¡lA/13. ) l- kh I (’ l

I,a principal suposición del método es considerar que kg << kh, lo que significa suponer quetodas las moléculas en estado singulete que se desactivan pasan a triplete. lista suposiciónse cumple en la mayoría de los casos [136, 138, l39, MO, Ml] y permite obtener el (DT

. , I° ., l°AAn .

de la.pendiente de los graficos de —l) en humo" (le (final- —l) para las diferentes'l

concentraciones de desactivante, como se indicó en la Sección 4.3.

6.3 LIOAS

En la Figura 6.4 se esquematiza el equipo de l,l()AS empleado en las mediciones.lil láser de excitación y la medición de energía fueron los mismos que se utilizaron en

el equipo de láser flash fotólisis. El haz de excitación Se hizo pasar a través de un orificio(P) (pinholc)de l mm de diámetro, colocadojusto delante de la muestra La ondaacústica se detectó utilizando un transductor piezoeléctrico (PZ’F) y la señal generada setransmitió a través de un buffer electrónico a un amplificador (A) (Comlinear E200) cuyasalida se recibió en el mismo sistema osciloscopio-PC usado en láser flash fotólisis. Entreel detector y la pared de la cubeta que contenía la muestra se colocó grasa de siliconaspara vacío con el objeto de asegurar la transmisión del sonido.

El tratamiento (le las señales y las ecuaciones utilizadas ya fueron descriptas en laSección 4.3.

6.4 Fosforescencia de oxígeno singulete6.4.1 Detección estacionaria

Se empleó el equipo que se muestra en la Figura (5.5.Se realizó excitación monocromáticn por medio de una lampara (ll) de arco de Xenón

(OSRA M XBO) de 450 W, cuya luz se hizo pasar en primer lugar por un liltro de agua (FA)y luego por un monocromador (MC) para finalmente incidir sobre la muestra colocada enun celda de Íluorescencia (M) ubicada inmediatamente a la salida del monocromador, enun portacelda especialmente construído a tal efecto. Antes de la entrada al monocromador,

6.4 Fosforescencia de oxígeno singulete

BÜÜÜ

¿19€ Nd-YAG

Figura. 6.4: Arreglo instrumental del equipo de LIOAS.

CH

REF

um—e—F]—.—F2¿Dj

Figura 6.5: I‘Iquipode detección estacionaria do fosforosconcia.de 02 UA”).

105

106 Métodos y Montaje instrumental

se colocó un chopper Illerauico (( Ïll) (Stanford SR.540) para modular el haz de excitack'm.La emisión del 02 (lAs) se detectó a 90" con un fotodiodo (D) de (le de 5 mm de diámetro(.ludson J lü-88P-R05M) colocado sobre la pared de la cubeta.

lla longitud de onda de emisión se restringió por medio de dos filtros (Fl y F2) co­locados antes del detector: un liltro de corte de Si a 1050 nm (Glen Spectra) y uno deinterferencia centrado a 1270 nm, con 80 nm de ancho de banda. y 60% de transmitanciaen el máximo (Spectrogon).

l,a salida del detector fue amplilicada (A) y luego enviada. a un amplificador [mk-in(LI) (Stanford SR 530) para recobrar la señal [Hi3]. La referencia externa (REF) parael lock-in fue provista por el chopper y las mejores relaciones señal a ruido se obtuvieroncon una modulación del haz de excitación a 2113Hz. La salida del lock-in se gralicó en unregistrador (R) del tipo x-t (Siemens C 1011).

Los (PAde las ftalocianinas se calcularon por medio de la relación entre las intensidadesde fosforescencia medidas para un fotosensibilizador de referencia y para las distintasmuestras, ya indicada en la.ecuación 5.9.

6.4.2 Detección resuelta en el tiempo

Los componentes utilizados para armar el sistema que se esquematiza en la Figura (5.6son los mismos que forman parte del arreglo de láser llash fotólisis: láser de colorantes+ Nd/YAG: joulímetro y medidor de energía (ME); osciloscopio (0); cuña de liltroneutro (CN); divisor de haz (DH) y fotodiodo de disparo (FD).

I,a detección de la emisión fue realizada a 90° con el mismo fotodiodo de (le (l))descripto en la sección 6.4.1 y sólo se interpuso entre la muestra (M) y el detector un filtrode Si (S), también similar al utilizado en el equipo de detección estacionaria. lla salidadel detector se amplilicó con un amplificador (A) polarizado en inversa (voltaje negativo)para disminuir el tiempo de respuesta del detector [Hi/l] y se registró la señal a travésde la entrada de 50 Sl del osciloscopio. Dado que la luz dispersa y la fluorescencia deXXXVIII generaban una señal que superaba el límite permitido por el osciloscopio (5 Vr. m. s.), se intercaló entre el mismo y la salida del amplificador un diodo Zener de 3,1V conectado en inversa para limitar la tensión cuidando de elegir el componente de talmanera que la. variación en la constante de tiempo del equipo originada. al introducir lamodificación fuera muy pequeña y no afectara la resolución temporal de las señales.

Al igual que en láser flash lbtólisis, los valores de energía de excitación provenientes delmedidor de energía y las trazas de! osciloscopio se adquirieron con la PC y se procesaronmatemáticamente.

lCltratamiento de los datos fue descripto previamente en la sección 5.2.

6.4 Fosforescencia de oxígeno singulete 107

Ü °‘°UUiUIUIIïm Nd-YAG

_.____I

Figura 6.6: Equipo do detección resuelta en 0| tiempo (lo.fosforosccncia de 02 UA”).

Métodos y Montaje instrumental108

Capítulo 7

Conclusiones Generales

Se sintetizaron tres nuevas l'talocianinas N-alquil sustituidas, con características anlifi'licasdiferentes, que presentaron distinto comportamiento en solventes orgánicos y acuosos.Asimismo se obtuvo la l'talocianina tetraterlmtilada de zinc (Il) por una vía. de síntesisdil'erente a la existente en literatura.

La pureza y la estructura de las cuatro ftalocianinas fue confirmada por varios métodosespectroscópicos. Esto no siempre ha sido realizado con el debido detalle para otroscompuestos que fueron luego utilizados como fotosensibilizadores en ensayos biológico porotros autores.

lla obtención de un único isómero posiciona! es una cuestión que no ha podido serresuelta. en este trabajo. A pesar de ello, se ha confirmado la presencia de los cuatroisómeros posibles por HPLC y la separación de los mismos con sistemas cromatográlicospreparativos podria ser llevado acabo de contarse con el equipo y las columnas adecuadas.I,o que sí puede alirmarse es que los sustituyentes utilizados no ejercen una inlluencia losuficientemente grande como para. orientar la síntesis hacia la obtención de un isómeropreferencial.

Laspropiedadesfotofísicasde XXIX, XXXVI, XXXVII y XXXVII] se mantienendentro de los valores que pueden encontrarse para ftalocianinas metálicas de zinc (ll). Lossustituyentes elegidos, como también es regla general, no ejercen prácticamente inlluenciaen los parámetros relacionados con los estados excitados.

l‘Ilcomportamiento de agregación en solución sí se ve afectado por el tipo de sustitu­yente. Dada la inactividad fotofísica de los agregados, ésto cobra verdadera importanciasi se desea evaluar la actividad de los colorantes como fotosensibilizadores a determinadasconcentraciones o para cuantificar la cantidad necesaria. para lograr una acción determi­nada.

La capacidad de generar 02 (iAH), dependiente de las propiedades del triplete, tam­bién es la misma para los monómeros de los cuatro compuestos. La.cantidad efectiva de02 (1139)que pueda ser producida por ellos queda así sujeta a la posibilidad de lograr quese agreguen lo menos posible en el medio de. trabajo.

Si evaluamos la utilidad de los compuestos estudiados, relacionada con su aplicaciónen 'l‘l"l), es posible puntualizar los siguiente:

o Las ftalocianinas Ilidrofóbicas XXIX y XXXVI ofrecen la ventaja de requerir me­

¡09

110

De tosería

Conclusiones Generales

nos pasos de síntesis y de poder ser purificadas en forma más sencilla. Por suscaracterísticas de solubilidad, su incorporación a sistemas biológicos debe realizarsepor medio de un vehículo a(lecuado, mientras qua XXXVII y XXXVIII son defácil introducción en medios acuosos.

XXXVII y XXXVIII presentan mayor tendencia a la. agregación, lo que dismi­nuye su actividad efectiva cuando se comparan ConXXIX y con XXXVI en igualconcentración. Aunque se hayan incluido cuatro grupos catiónicos en XXXVIII,el efecto del macrociclo predomina sobre el de los sustituyentes y su Kd en agua esmuy elevada.

das formas, para descartar o apoyar el uso de alguno de estos compuestos en 'l'l"l),necesario conocer cómo se modifica el comportamiento de agregación observado en

solución, en presencia de los compuestos que normalmente se encuentran en los organismosvivos.

Apéndice A

Selector de Frecuencia de Disparode Láser

Se describe aquí la construcción y funcionamiento del instrumento utilizado para disminuirla.frecuencia de los pulsos provenientes del conjunto laser de colorante + Nd/YAG. (lonstade dos módulos:

l. Módqu divisor de fncuencias, encargado (le recibir la información dela frecuencia dedisparo generada por el oscilador principal del láser de Nd-YAG y generar otra señalsimilar pero de menor frecuencia. 'l‘ambién provee una señal sincrónica. regulablecapaz de accionar un obturador electrónico. Corresponde al componente l)l" de lasfiguras del (Ïapítulo 6.

NJ Módulo oblumdor o Chopper, el cual recibe el tren de pulsos del módulo anteriory acciona un obturador cerámico que intercepta o deja pasar los pulsos de láser auna frecuencia dada por la.señal de entrada. lista señal es generada por el módulodivisor de frecuencias. Este módulo corresponde al componente ()(É de las figurasdel Capítulo 6.

Ambos módulos pueden ser utilizados también en forma individual teniendo en cuentael tipo de señales que son capaces de admitir como entradas, según se explica en seccionessubsiguientes.

En la Hg. A.l se muestra el diagrama en bloques del sistema completo.

A.1 Módulo divisor

A.l.l Fïlente de alimentación

Se construyó una fuente regulada. simple de +15 V, con transformador, rectificación porpuente de.diodos, liltro grueso y regulador de voltaje

A.l.2 Bloque principal

Este bloque toma la onda cuadrada de entrada, realiza. la división de frecuencia y generalos pulsos de salida del ancho adecuado.

112 Selector de Frecuencia de Disparo de Láser

MODULO DlVlSOR MODULO OBTURADOR

Fucntc dcnlimcntnció

JÏ—ELógica dc

Fucntc dcalimentacnó

Bloque dcindicaciónde estado

Controladordel motor

paso a puso

Obtumdm 9Pulsos lásercerámico f< 10 IIL

lïntrada Bloque- - controlprmcrpal

f-‘lOllz

Bloque de L.’—' lntcrfasïl'7\

control

Pulsos láser

Control PC r: lo “zmanual

Figura A.1: Diagrama en bloques del selector de frecuencia de disparo de láser

Se utilizaron un par de integrados 4017 y un multiplexador 4052 [1),c].Uno de los 4017 actúa como divisor primario, el cual utiliza la señal proveniente del

láser como reloj y con el multiplexador controlado por 2 bits se selecciona de entre algunasde las salidas de este divisor primario la.frecuencia de reset de sí mismo, obteniéndose asídivisiones por 2, por 5 y por 10.

El segundo 4017 (divisor secundario) toma como reloj la señal dividida. provenientedel divisor principal y entrega otra con una frecuencia 10 veces menor, es decir permiteobtener fi, É y #0 de la frecuencia original. Para seleCcionarla.salida del divisor primarioo la del secundario se utilizan dos “llaves” CMOS controladas por 1 bit cada una. Hacenfalta entonces 4 bits de control en total.

Debido a las características de funcionamiento del 4017, los pulsos finales no tienensiempre el mismo ancho. Para restablecer el ancho de pulso de 100 ¡Lscorrespondientea la señal de entrada original, se utilizó un temporizador NE555 en la configuración deoscilador monoestable. Esta configuración permite recibir un pulso o pico de voltaje ydevolver un pulso de ancho fijo eligiendo los valores de resistencia y capacidad apropiadospara alcanzar los de la tensión de alimentación (15 V en este caso) en un período detiempo correspondiente al ancho de pulso deseado [(l,e].

Se incluyó también una salida invertida de la señal utilizando un circuito inversor.Por otra parte, para permitir la apertura del obturador o shutter electrónico un tiempo

antes de cada disparo de láser, fue necesario incluir una salida con picos T'l‘L de +5 Vcapaz de drenar 10 mA Para lograr esta señal, se utilizó otro N16555como osciladormonoestable pero capaz de entregar pulsos de ancho variable, controlable por medio de un

>OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCOOOCOOOOOOO000......

¿5:1 MÏ‘BEIÜYÉEL 113

resistor variable (potmrcit’unetro). Luego se aprovechó el flanco de bajada de estos pulsospara obtener nn pico (le +5 V por filtrado, inversión y eliminación del pico negativooriginado por el flanco de subida de los pulsos. IÉlpico positivo asi obtenido se inyecta enla base de un transistor alimentado con +5 V. Del emisor del transistor se toma la señalcapaz de accionar el obturador.

Para evitar el drenaje de corriente tanto del oscilador principal del láser como delos circuitos divisores de frecuencia, se utilizaron bujÏcrs , separadores o seguidores devoltaje no inversores [a] en todas las entradas y salidas del instrumento (menos en la deltransistor).

A.1.3 Bloque de control

De acuerdo con lo indicado en la. sección anterior, hicieron falta 4 bits de control paraseleccionar la frecuencia de salida.

Para que la operación manual del instrumento fuera sencilla y rápida, se utilizó unteclado de 8 teclas: una para reset o cero que inhabilita toda salida cualquiera sea la señalde entrada, una que coloca a la salida la misma,señal de entrada y las seis restantes paralas frecuencias divididas á, g, ¡[0, JT), y l'Jstas teclas son pulsadores simples quemantienen en todo momento el circuito abierto, lo cierran cuando se las presiona, y lovuelven a abrir al soltarlas.

Para evitar problemas de flancos irregulares o señales espúreas, se colocó un disparadorde Schmitt (.S'chmitilriggcr) despues de cada pulsador

l'lizo falta además generar una lógica que permitiera obtener l byte (de 4 bits) diferenteal presionar cada tecla.y mantenerlo hasta que vuelva a accionarse otra tecla. lista lógicase diseñó combinando compuertas ANl), NANl) y circuitos inversores [a]. l‘Ilbyte se recibey mantiene en un cerrojo (latc/I) 4076, el cual se controla con otro bit también generadopor la misma lógica La salida del cerrojo se envia directamente al multiplexador y alas llaves del bloque principal.

A.1.4 Bloque de indicación de estado

Este bloque proporciona una señal visible que indica al operador que frecuencia se estáentregando a la salida del módulo divisor. Para ello recibe, al igual que el bloque principal,los 4 bits de control y según sea su valor, excita un diodo emisor de lll’l,(led) diferente.

Los 4 bits se toman de la salida del 4076 por loque el led correspondiente se mantieneencendido hasta que cambie el estado del cerrojo, con Io cual se.enciende otro led asociadoal nuevo valor.

Entre el cerrojo y los led se. introdujo un circuito lógico construido utilizando com­puertas NOR y AND para permitir el encendido de sólo un led para cada valor del bytede control.

A.1.5 Interfase

Para hacer posible el control del instrumento a través de una computadora personal (PC),se construyó una interfase adecuada que permitiera realizar esta operación por medio del

114 Selector de Frecuencia de Disparo de Láser

puerto paralelo de la PC.Este puerto tiene características de entrada-salida (l/O) pero en este caso sólo es

necesario utilizarlo como salida para enviar los bits necesarios desde la l’(,‘al instrumentom

Dado que la PC emplea tensiones 'l"l‘L con nivel alto en +5V, fue necesario hacer unaconversión 'l‘TL a CMOS de diferente voltaje utilizando transistores NPN de conmutaciónalimentados con +15 V a cuya base se conectaron las señales de +5 V provenientes de laPc [h].

Por otra parte, para utilizar el control por PC fue necesario inactivar o separar loscircuitos de control manual y viceversa. Para tal fin es útil el llamado tercer estado (’I'Iil­.‘Ï'I'A'I'EÜo estado de alta impedancia disponible en algunos circuitos integrados CMOS.Este estado es equivalente a tener circuito abierto en la salida de estos integrados y permiteaplicar voltajes a las mismas sin afectarlos.

I'llcerrojo 4076 usado en el bloque de control puede colocarse en este estado al aplicarseun nivel alto en una de sus conexiones.

Para aislar Ia conexión a Ia PC cuando se utiliza control manual, se utilizaron sepa­radores disponibles en el integrado 4503, el cual también puede ser colocado en tercerestado. De esta manera, cuando no hay control por PC, el 4503 está en 'l‘Rl-S'I‘A’l‘b‘y elbyte presente a la salida del 4076 no afecta al puerto paralelo de la computadora. Cuandose inicia el control por PC, se envía primero un bit que activa al 4503, el cual inmediata­mente transmite otro bit al 4076 para colocarlo en tercer estado. Luego se transmiten enparalelo a través del 4503 los 4 bits de control que pasan directamente al bloque principalsin afectar al 4076. Al terminar el control por PC, se cambia el bit de activación del 4503y se vuelve al modo de control manual.

lil software para realizar el control consta de 8 archivos ejecutables del tipo .COM,escritos en lenguaje ensamblador (Assembler) los cuales envían a la direcrión de memoriacorrespondiente al puerto paralelo los bytes necesarios para activar el control por PC,desactivarlo o seleccionar una dada frecuencia de salida según se detalla en la 'I‘abla A.l.Estos archivos se ejecutan por medio de un archivo batch llamado FRECJlA'l‘.

A.2 Módulo obturador

El módulo obturador no esta formado exclusivamente por circuitos electrónicos sino queconsta además de una parte mecánica que realiza la obl uración propiamente dicha del lla'l,láser.

Este módulo esta comandado (es esclavo) por el módulo divisor de frecuencias (maes­tro), el cual le indica con cada pulso de reloj que inicie un ciclo de funcionamiento. Dichociclo consiste en abrir un obturador, dejar pasar un solo pulso de láser, cerrar el obturadorpara interrumpir el haz y quedar en espera de una nueva orden.

Lo primero que se consideró fue el tiempo de apertura del obturador para tener unaidea de la velocidad con que debía trabajar la parte mecánica. La duración del pulso láseres de 8 ns como máximo y el tiempo que transcurre entre 2 pulsos es 100 ms (frecuencia

l'l‘lil-S'l'A'I‘E es marca registrada de National Semiconductor Corp.

¡OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOÓOOOÓO¡COCOCOOO‘

A.2 Módulo obturador 115

Archivo Número Número Bits de control .,Accnou

.COM hexadecimal binario DCBA

lnllabilita control

(II'ZRO ur 000] 1l ll 0000 ""‘m'a" "“l"'!“‘control por I’(, yanula toda salida

ORIGINAL 5 0000010] llOl fen la salida

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lnllabilita control

I-‘INAI, 0 00000000 "0‘ H” “MMcontrol manual yanula toda salida.

'l‘abla A.l: Descripción del funcionamiento del módulo divisor.

de disparo: ll) llz), mientras que el diámetro del haz es menor que l cm. l)e esta forma,el tiempo máximo para Ia apertura del obturador es 50 ms, pudiendo emplear otros 50ms para el cierre; teniendo que recorrer I cm en cada operación. l,a mínima velocidad detrabajo es entonces ‘20cm/s.

Para poder lograr un movimiento a tal velocidad, pero a la vez controlado en formamuy precisa, se eligió un motor del tipo paso a paso (stepper motor) Para. comandarel movimiento del motor se empleó el circuito integrado controlador para este tipo demotores M(,‘3479P.

Como obturador del haz se debía utilizar un material capaz de soportar la.energía decada pulso de láser sin deteriorarse. Se encontró apropiado un trozo de material cerámicoo ladrillo refractario, el cual se montó sobre el brazo lector de una disquetera de com­putadora de 5%” en desuso, (le la que se aprovechó también el motor paso a. paso. Paraidentificar el lin de carrera de este brazo se utilizaron 2 optoacopladores del tipo lotodiodo­fototransistor, uno que detecta la posición totalmente cerrarlo y otro la posición totalmenteabierto.

lla lógica que controla el inicio de apertura, cambio en la dirección de giro del motor

116 Selector de Frecuencia de Disparo de Láser

_vlin del proceso, está formada por 2 FLIP-FLOP tipo l) [a] que reciben señal del módulodivisor y (le los 2 optoacopladores.

La alimentack'm se realizará por medio de una fuente regulada que entrega 2 tensionesdiferentes. Se utilizaron 5 V para los l"l..lP-l"l_,()l’y el reloj del integrado controlador delmotor y 12 V para el motor paso a paso.

A.3 Construcción

Para los dos módulos se construyeron todos los circuitos impreSOsdibujando las conexionescon marcador al solvente y sumergiéndolas en cloruro lérrico.

Se montaron las plaquetas en gabinetes metálicos y se colocó un plano de tierra (lámina(le aluminio) cerca (le las plaquetas a Ia.cual se conectó el neutro de Ia fuente. l,a conexiónde tierra de la línea se conectó a los gabinetes, el cual sc aisló de todos los componentespara proveer inmunidad al ruido. Para todas las entradas y salidas de señales se utilizaronconectores BNC.

Para la.estructura mecánica del módulo obturador, se adaptó la disquetera en desusopreviamente mencionada. Se eliminaron los circuitos electrónicos, el motor que hace girarel disquette y algunas partes'del bloque de fundición de la misma y se. conservaron elmontaje del motor paso a paso y las piezas de transmisión del movimiento al brazo lector(le disquettes. Este brazo, (le material plástico, se reformó quitando la cabeza lectora.y reemplazándola por un trozo de material cerámico que actúa. como obturador propia­mente (llCllO.Para este material que intercepta los pulsos de láser, se utilizó un pequeñorectángulo de ladillo refractario de unos pocos milímetros de espesor. Se redujo el tamañode la pieza. al mínimo con un disco diamantado para exigir el menor trabajo posible almotor y obtener una respuesta rápida en el movimiento.

Se colocó en el brazo plástico una pequeña pestaña la cual interrumpe la transmisiónentre el led y el fototransistor de los optoacopladores colocados en los dos extremos delcamino que recorre el brazo.

A.4 Diagramas circuitales

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124 Selector de Frecuencia de Disparo de Láser

A.5 Archivos .COM

El archivo que se transcribe es el (.ÏER.().C()M que envía, el número ll" a la dirección 378:

MOVAL,00 coloca, el número 00 en el registro AL.MOVDX,0378 coloca. la, dirección de memoria 378 en el registro DX.OUTDX,AL cokxmd wdorlunnéflc0(h3Al,enlatfirmïñón exhtenuronl)x.INT 21 finahza.olprocoso.

A.6 Archivo FREC.BAT

Oecho offceroif "Z "==“" goto ayudaif "Z "=="origina1" originalif "Zl“=="1/2“ mitadif "Z1"=="1/5" quint°if "Z1"=="1/10“ d°°ím°if u%1u==u1/2O" len20if uz1u=="1/50" len50if "Zlu=="1/100" 1en100goto fin:ayudaecho.echo Para obtener a 1a salida 1a mismafrecuencia de entrada, tipearecho "frec original". Para obtener una menorfrecuencia. tipear "frec 1/N"echo colocando en lugar de N, el numero por el cual desea dividir 1aecho frecuencia original. (Los valores permitidos para N son 2, 5, 10, 20,echo 50 y 100).echo.:finecho.echo Antes de finalizar el control por computadora,tipear "final".echo.

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Fórmulas y números correspondientesa los compuestos mas Importantes

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Mr. 4,202.9