Determinación de la estructura isomérica de colorantes fotoisomerisables mediante el estudio de polarización de la fluorescencia

Abstract

Determinar la estructura isomérica de un colorante en una solución líquida puede ser una tarea abordable mediante el estudio de la anisotropía de su emisión luminiscente. El cambio en la polarización de la luminiscencia tiene su origen en los movimientos rotacionales que experimenta la molécula de colorante en el seno del líquido. En la despolarización de su emisión está contenida la información referida a la forma estructural de la misma. Debido a que la difusión rotacional no sólo depende de esta característica de la molécula estudiada, sino también de factores tales como su volumen efectivo, la viscosidad del solvente o el tiempo de vida mismo del compuesto en su estado excitado, distinguir el efecto real de cada uno de ellos sobre el comportamiento observado requiere de un análisis detallado. Los procesos fotofisicos de las cianinas estudiadas en esta tesis, colorantes polimetínicos que presentan fotoisomerización reversible, han sido analizados mediante el empleo de diversas técnicas. Dilucidar la estructura isomérica, tanto de las especies estables de estos compuestos como así también de aquellas especies que se generan bajo excitación luminosa (fotoisómeros), resulta ser por demás una tarea particularmente compleja cuando las características espectroscópicas entre las diferentes especies de un mismo compuesto son muy similares. En el estudio de las especies fotoisoméricas, la separación de la emisión de estas especies de aquella correspondiente a las especies normales, es necesaria para poder así seguir individualmente el comportamiento con la polarización de sus emisiones. El uso de técnicas láser de absorción y fluorescencia permitió obtener información de las especies fotoisoméricas de estas moléculas, analizando sus propiedades cinéticas y características espectroscópicas. Con el fin de discernir las conformaciones isoméricas de las cianinas fotoisomerizables en solución, se implemento la técnica de polarización de la fluorescencia. Midiendo la anisotropía en estado estacionario de la fluorescencia que se genera bajo excitación luminosa, se pudieron calcular tiempos de difusión rotacional para las diferentes especies estudiadas. La asignación de determinadas estructuras isoméricas para estos compuestos, resulta de contrastar el resultado experimental de la anisotropía medida con modelos teóricos para la difusión rotacional de estas moléculas. Con el objeto de poder utilizar modelos moleculares más cercanos a las formas de las cianinas estudiadas, se representó las formas moleculares con elipsoides asimétricos, que permiten una aproximación más real a la geometría involucrada en el estudio de estas especies. El uso de elipsoides asimétricos en el modelado de las estructuras moleculares y el análisis del comportamiento hidrodinámico de estos modelos con diferente condición de vínculo soluto-solvente, ha permitido ampliar la discusión a partir de los datos que se obtienen experimentalmente, posibilitando asignar distintas estructuras a los diferentes isómeros estudiados y dar en consecuencia una interpretación de los fenómenos observados. Del estudio realizado se concluye que la hidrodinámica "slip" es consistente con la anisotropía de la fluorescencia medida para las distintas especies de las cianinas. El similar comportamiento hidrodinámico de las especies más estables, se corresponde con la asignación de una estructura común a todas ellas. Una estructura en la que la cadena polimetínica de estos colorantes aparece totalmente extendida (todo-trans). En el caso particular del DODCI se ha podido descartar la estructura di-cis para la especie normal de esta cianina, dejando para su especie fotoisomérica alguna de las estructuras que resultan de rotar una parte de la molécula alrededor de un enlace de su cadena polimetínica. Una interacción ligeramente diferente entre las distintas especies de esta molécula y el solvente podría ser inferida de las medidas llevadas a cabo. El estudio fotofísico realizado sobre las cianinas permitió determinar entre otros parámetros, la baja eficiencia de fluorescencia de los fotoisómeros de las carbocianinas. Esta era una característica conocida de estos colorantes. De los resultados obtenidos y su posterior interpretación, la fricción dieléctrica resulta ser el fenómeno más indicado para acompañar a la fricción mecánica en un modelo hidrodinámico que dé cuenta de la difusión rotacional de las especies estudiadas.