Familia de aza-dipirrometenos y aza-BODIPYs simétricos y asimétricos con interacciones π de extremo a extremo a través enlaces conjugados y apilamiento

A Family of Symmetrical and Unsymmetrical Aza-Dipyrromethenes and Aza-BODIPYs with Through-Bond and Face-To-Face π-Interaction between Termini
Excitation and emission spectra of symmetrical and unsymmetrical aza-diBenzoBODIPYs


Los dipirrometenos (DPM) y sus derivados borilados (BODIPY) son moléculas fotoactivas (cromoóforos) que han despertado gran interés en las últimas décadas. Su excelente versatilidad sintética permite ajustar sus propiedades fotoquímicas para distintas aplicaciones. Generalmente son moléculas estables, solubles en disolventes comunes y presentan una alta absorción de luz visible. Muchos son fluorescentes con altas eficiencias cuánticas. Estas propiedades han propiciado su aplicación en diversas áreas, como la conversión de energía solar, terapéuticas, de imagen y fotocatálisis. En este trabajo desarrollamos una familia de aza-dipirrometenos y aza-BODIPYs simétricos y asimétricos que presentan una arquitectura interesante donde el núcleo adopta una disposición helicoidal que coloca los grupos funcionales arilo terminales directamente uno sobre el otro, permitiendo tanto el apilamiento π como su conjugación a través de enlaces.

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Los aza-DBDPM objetivo se sintetizan por la dimerización de aminoisoindolinas funcionalizadas. Los complejos con boro se puede obteber tratando los aza-DBDPM con trifluoruro de boro (condiciones clásica de síntesis de BODIPYs). También se pueden emplear fuentes alternativas de boro, como ésteres (boronatos). Incluso se puede lograr la síntesis en un solo paso de reacción. Sin embargo, demostramos que la formación de los complejos de boro es más eficaz si eliminamos del medio los aniones liberados durante la reacción (fluoruros o alcóxidos). Los aza-DBDPMs helicoidales apilados no muestran fluorescencia apreciable, pero el cambio de configuración inducido por la complejación con boro activa la emisión. Esto probablemente se debe a la planarización del núcleo y la isomerización de los alquenos que unen los grupos terminales.

La estructura molecular de los nuevos derivados, con los sustituyentes terminales apilados y conjugados al mismo tiempo, tiene un gran potencial para desarrollar sistemas que promuevan la transferencia de carga y energía entre los extremos de la moléculas. Además permite la formación de complejos en el núcleo de la molécula (mediante la coordinación de boro, por ejemplo) provocando la inversión estereoquímica de los alquenos y el aplanamiento de la molécula. El potencial de estas estructuras se ve significativamente mejorado gracias a que la metodología sintética descrita permite diseñar, de forma eficiente, derivados asimétricos con diferentes cromóforos terminales.

Synthetic scheme for symmetrical aza-dibenzodipyrromethenes
Synthetic scheme for unsymmetrical aza-dibenzodipyrromethenes
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La reacción de condensación mixta entre diferentes aminoisoindolinas permite obtener aza-DBDPMs asimétricamente sustituidos (como mezclas con dímeros de homocondensación). Las proporciones de los productos son esencialmente estadísticas cuando se emplean reactivos electrónicamente similares. En la reacción entre dos aminoisoindolinas, una debe actuar como nucleófilo (nitrógeno exocíclico) y otra como electrófilo (en el carbono unido a dos nitrógenos). Por ello, los productos asimétricos deberían verse favorecidos (sobre la homocondensación) pero observamos que esto no es así, favoreciéndose la homocondensación de uno de los reactivos. Por ello, diseñamos una estrategia alternativa para controlar la formación del heterodímero. Funcionalizando el nitrógeno exocíclico más reactivo como tosilato (o mejor, como triflato) conseguimos aumentar su capacidad de actuar como grupo saliente y eliminar su nucleofilia, favoreciendo enormemente la formación de los heterodímeros.