INFORME DE AVANCE DE TESIS
166
UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACÉUTICAS ESTUDIO DE LOS MECANISMOS DE FOTORREDUCCIÓN Y FOTOOXIDACIÓN DE DERIVADOS DE OXOISOAPORFINAS Tesis para optar al grado de Doctor en Química CHRISTIAN MARCELO ALIAGA SILVA Director de tesis Dr. Julio de la Fuente Urrutia Codirector de tesis Dr. Krzysztof Bobrowski Santiago, Chile 2012
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UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACÉUTICAS
ESTUDIO DE LOS MECANISMOS DE FOTORREDUCCIÓN Y
FOTOOXIDACIÓN DE DERIVADOS DE OXOISOAPORFINAS
Tesis para optar al grado de Doctor en Química
CHRISTIAN MARCELO ALIAGA SILVA
Director de tesis
Dr. Julio de la Fuente Urrutia
Codirector de tesis
Dr. Krzysztof Bobrowski
Santiago, Chile
2012
UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACÉUTICAS
INFORME DE APROVACIÓN
TESIS DE DOCTORADO
Se informa a la Dirección de Postgrado de la Facultad de Ciencias Químicas y
Farmacéuticas que la Tesis de Doctorado presentada por el candidato:
CHRISTIAN MARCELO ALIAGA SILVA
Ha sido aprobada por la Comisión Informante de Tesis como requisito para optar al
grado de Doctor en Química, en el examen de defensa de Tesis rendido el día ________
Director de Tesis:
Dr. Julio de la Fuente _______________
Comisión Informante de Tesis:
Dr. Claudio Olea (Presidente) _______________
Dr. Alexis Aspée _______________
Dr. Marcelo Campos _______________
Dr. Víctor Vargas _______________
Logros obtenidos durante la Tesis de Doctorado: Publicaciones científicas
- Julio R. De la Fuente, Christian Aliaga, Cristian Poblete, Gerald Zapata, Carolina
Jullian, Claudio Saitz, Alvaro Cañete, Gabriel Kciuk, Eduardo Sobarzo-Sanchez, and
Krzysztof Bobrowski, Photoreduction of Oxoisoaporphines by Amines: Laser Flash and
Steady-State Photolysis, Pulse Radiolysis and TD-DFT Studies, The Journal of Physical
Chemistry A, 2009, 113, 7737 − 7747.
- Christian Aliaga, Masiel Cerón-Neculpán, Claudio Saitz, Carolina Jullian, Eduardo
Sobarzo-Sánchez, Julio R. De la Fuente, Oxoisoaporphines: Regioselective Deuterium
Labelling Involving the Metastable Hydrogenated Photoproduct Anions, Journal of
Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2011, 222, 360 – 365.
Presentaciones a congresos:
-. G. Kciuk, K. Bobrowski, J. Mirkowski, J. R. De la Fuente, C. Aliaga Spectral and
Kinetic Properties of Transient Species Derived from 2-methyl-3-azaoxoisoaporphine in
Organic Solvents”. Presentación en póster. 5th European Young Investigator Conference
(EYIC), 22-26 June 2011, Frankfurt/Oder – Słubice, Germany/Poland.
-. G.Kciuk, K. Bobrowski, J. Mirkowski, J. R. De la Fuente, C. Aliaga “Spectral and
Kinetic Properties of Transient Species Derived from Quinoxaline Derivatives in
Irradiated Organic Solvents”. Presentación en póster. 14th International Congress of
Radiation Research, 28 August – 1 September 2011, Warsaw, Poland.
- Christian Aliaga, Claudio Saitz, Carolina Jullian, Julio de la Fuente. Marcación
Isotópica Selectiva en Derivados de Benzoperimidinas. Presentación en póster, X
Encuentro Latinoamericano de Fotoquímica y Fotobiología (ELAFOT), 10-14 de
Octubre de 2010, La Serena, Chile.
- Julio R. De la Fuente, Krzysztof Bobrowski, Karina Corada, Komal Dadlani, Álvaro
Cañete, Christian Aliaga. Fotorreducción de 3-metil-quinoxalin-2-onas por N-
fenilglicina. Evidencia de Reacciones Radicalarias en Cadena. Presentación en póster, X
Encuentro Latinoamericano de Fotoquímica y Fotobiología (ELAFOT), 10-14 de
Octubre de 2010, La Serena, Chile.
- Krzysztof Bobrowski, Gabriel Kciuk, Jacek Mirkowski, Julio de la Fuente, Christian
Aliaga. Spectral and Kinetic Properties of Transient Species Derived from 1,3-
diazaoxoisoaporphine in Organic Solvents. Presentación en poster, Conference on
Organic Free Radicals, EUCHEM, June 28 - July 2, 2010, Bologna, Italy.
- Julio R. De la Fuente, Krzysztof Bobrowski, Karina Corada, Komal Dadlani, Álvaro
Cañete, Christian Aliaga. Evidence of Radical Chain Reactions in the Photoreduction of
3-methyl-quinoxalin-2-ones by N-phenylglycine. Presentación en poster, Conference on
Organic Free Radicals, EUCHEM, June 28 - July 2, 2010, Bologna, Italy.
- Christian Aliaga, Claudio Saitz, Carolina Jullian, Julio de la Fuente. Intercambio
Isotópico en Fotoproductos Metaestables de Derivados de Benzoperimidinas.
Presentación en póster, XXVIII Jornadas Chilenas de Química, 03-06 de Noviembre de
2009, Chillán, Chile.
- Christian Aliaga, Claudio Saitz, Carolina Jullian, Julio de la Fuente. Isotopic Exchange
in Metastable Photoproducts Generated in the Photoreduction of 7H-benzo[e]perimidin-
7-ones by Amines. Steady-State Photolysis and 1H−NMR Studies. Presentación oral, 4th
European Young Investigators Conference, 2009, Slubice, Polonia.
- Julio De la Fuente, Cristian Poblete, Christian Aliaga, Gerald Zapata, Eduardo
Sobarzo-Sánchez, Carolina Jullian, Claudio Saitz, Gabriel Kciuk, Krzysztof Bobrowski.
Photoreduction and Photooxidation of Oxoisoaporphines: Laser flash Photolysis study in
the presence of Amines and Tetracyanoethylene. Presentación oral, 8th International
Conference on Pulse Investigations in Chemistry, Biology and Physics, PULS#2008,
Cracovia, Polonia.
- Christian Aliaga, Julio de la Fuente, Cristian Poblete, Gerald Zapata, Eduardo Sobarzo-
Sánchez, Carolina Jullian, Claudio Saitz, Gabriel Kciuk, and Krzysztof Bobrowski.
Photoreduction and Photooxidation of Oxoisoaporphines: Laser Flash Photolysis Study
in the presence of Amines and Tetracyanoethylene. Presentación en póster, 6th
Workshop of Computational Chemistry and Molecular Spectroscopy, October 21-24,
2008, Punta de Tralca-Chile.
Agradecimientos:
- Beca para estudios de Doctorado en Chile, otorgada por CONICYT.
- Beca de estadía corta de investigación otorgada por la Vicerrectoría de Asuntos
Académicos de la Universidad de Chile. Esta me permitió realizar una estadía de
investigación para realizar los experimentos de radiólisis de pulso, bajo la dirección del
Dr. Krzysztof Bobrowski en el Instituto de Química Nuclear y Tecnología (INCT),
Varsovia, Polonia. Mayo-Julio de 2009.
- Beca de Apoyo a la realización de tesis N° 24091001.
- Proyecto FONDECYT N° 1070623.
Contenido
Resumen .............................................................................................................................. 17
Summary ............................................................................................................................. 19
1. Introducción ................................................................................................................... 21
1.1. Antecedentes ............................................................................................................. 21
1.2. Hipótesis de trabajo ................................................................................................... 33
1.3. Objetivos generales ................................................................................................... 34
1.4. Objetivos específicos ................................................................................................ 34
2. Metodologías ................................................................................................................... 35
2.1. Materiales .................................................................................................................. 35
2.2. Síntesis de oxoisoaporfinas y 3-aza-oxoisoaporfinas ............................................... 35
2.3. Estudios Fotofísicos y Fotoquímicos ........................................................................ 36
2.3.1. Fotólisis Estacionaria ........................................................................................ 36
2.3.2. Rendimientos cuánticos de fotoconsumo ........................................................... 37
2.3.3. Reacción con tetracianoetileno, TCNE .............................................................. 38
2.4. Láser Flash Fotólisis ................................................................................................. 38
2.4.1. Caracterización de las especies transientes. Apagamiento de estados
excitados .............................................................................................................. 41
2.4.2. Energía de los estados triplete ........................................................................... 42
2.4.3. Anión Radical ..................................................................................................... 42
2.4.4. Radicales hidrogenados ..................................................................................... 43
2.5. Radiólisis de Pulso .................................................................................................... 43
2.5.1. Acetonitrilo ......................................................................................................... 45
2.5.2. Isopropanol ........................................................................................................ 47
2.5.3. Acetona ............................................................................................................... 48
2.5.4. 1,2-dicloroetano, 1,2-DCE ................................................................................. 49
2.6. Resonancia Magnética Nuclear de Protones, 1H−NMR ........................................... 50
2.7. Cálculos mecanocuánticos semiempíricos ................................................................ 50
2.8. Espectrometría de masas ........................................................................................... 51
3. Resultados y discusión ................................................................................................... 51
3.1. Fotólisis estacionaria y determinación de los rendimientos cuánticos de
fotoconsumo en la fotorreducción ............................................................................ 51
3.2. Caracterización de los fotoproductos. Experimentos de 1H−NMR .......................... 64
3.2.1. Intercambio de hidrógeno por deuterio ............................................................. 64
3.3. Caracterización de los intermediarios transientes de 3-aza-oxoisoaporfinas
involucrados en la fotorreducción. Láser flash fotólisis y radiólisis de pulso ......... 77
3.3.1. Estados triplete excitados .................................................................................. 78
3.3.2. Determinación de las energías de los estados triplete ...................................... 80
3.3.3. Aniones radicales ............................................................................................... 82
3.3.4. Radicales hidrogenados ..................................................................................... 90
3.4. Cationes radicales de oxoisoaporfinas, 3-aza-oxoisoaporfinas y 2,3-dihidro-
oxoisoaporfinas ...................................................................................................... 100
3.4.1. 7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A3) ............................................................. 104
3.4.2. 5-metoxi-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A4) .............................................. 109
3.4.3. 7H-benzo[e]perimidin-7-ona (A1) ................................................................... 112
3.4.4. 2-metil-7H-benzo[e]perimidin-7-ona (A2) ...................................................... 117
3.4.5. 2,3-dihidro-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A5) .......................................... 123
3.4.6. 5-metoxi-2,3-dihidro-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A6) .......................... 126
4. Conclusiones ................................................................................................................. 131
5. Referencias .................................................................................................................... 133
Anexo: Publicaciones científicas ..................................................................................... 149
Índice de ilustraciones
Esquema 1. Mecanismo de fotorreducción de derivados de 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas
en presencia de trietilamina ............................................................................... 25
Esquema 2. Estructuras de los sustratos 3-aza-oxoisoaporfinas, oxoisoaporfinas y 2,3-
dihidro-oxoisoaporfinas. ................................................................................... 28
Esquema 3. Aceptores- de electrones. ............................................................................... 31
Esquema 4. Diagrama del equipo de láser flash fotólisis..................................................... 40
Esquema 5. Diagrama del equipo de radiólisis de pulso ...................................................... 45
Esquema 6. Mecanismo de reacción de 3-aza-oxoisoaporfinas y oxoisoaporfinas. ............ 52
Esquema 7. Ecuaciones con la descripción del mecanismo de fotorreducción. .................. 59
Esquema 8. Estructura de los posibles radicales hidrogenados de 3-aza-oxoisoaporfinas. . 73
Esquema 9. Estructuras resonantes de los aniones hidrogenados metaestables. .................. 74
Esquema 10. Intercambio isotópico selectivo de H por D. .................................................. 76
Esquema 11. Equilibrio entre el par ión radical y los radicales hidrogenados de las 3-aza-
oxoisoaporfinas ................................................................................................. 94
Índice de figuras
Figura 1. Espectros de absorción de 3-aza-oxoisoaporfinas con TEA. ............................... 54
Figura 2. Espectro de absorción de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina con TEA en diferentes
solventes .............................................................................................................. 57
Figura 3. Dependencia del rendimiento cuántico de fotoproducto con la concentración de
TEA para 3-aza-oxoisoaporfinas. ........................................................................ 61
Figura 4. Gráfico de dobles recíprocos para 3-aza-oxoisoaporfinas .................................... 62
Figura 5. Espectros 1H−NMR adquiridos durante la fotorreducción de 3-aza-
oxoisoaporfina con TEA, y efectos de la adición de D2O ................................... 66
Figura 6. Espectros 1H−NMR/CDCl3 para 3-aza-oxoisoaporfina deuterada ....................... 67
Figura 7. Espectros 1H−NMR adquiridos durante la fotorreducción de 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina con TEA, y efectos de la adición de D2O ................................... 68
Figura 8. Espectros 1H−NMR de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina para la fotorreducción
con TEA, TEAd-15, y TPA ................................................................................... 70
Figura 9. Espectros 1H−NMR de oxoisoaporfinas deuteradas ............................................. 72
Figura 10. Espectros de absorción triplete-triplete de 3-aza-oxoisoaporfinas ..................... 79
Figura 11. Gráfico de las constantes de velocidad de apagamiento del estado triplete
excitado de oxoisoaporfina por aceptores de energía .......................................... 81
Figura 12. Espectros de absorción del anión radical de 3-aza-oxoisoaporfina con
DABCO y TMP ................................................................................................... 84
Figura 13. Espectros de absorción de transientes obtenidos por radiólisis de pulso para 3-
aza-oxoisoaporfina en acetonitrilo saturado con Ar y O2 .................................... 87
Figura 14. Espectros de absorción de los aniones radicales de las 3-aza-oxoisoaporfinas. . 88
Figura 15. Espectros de absorción de transientes de 3-aza-oxoisoaporfinas con TEA
obtenidos por láser flash fotólisis. ....................................................................... 91
Figura 16. Espectros de absorción de transientes de 3-aza-oxoisoaporfinas obtenidos por
radiólisis de pulso en isopropanol saturado con N2O. ......................................... 96
Figura 17. Comparación de los espectros de absorción de transientes generados para
3-aza-oxoisoaporfina por láser flash fotólisis y radiólisis de pulso..................... 97
Figura 18. Espectros de absorción para la fotólisis de oxoisoaporfina con TCNE ............ 102
Figura 19. Espectros de absorción de la mezcla de reacción térmica entre oxoisoaporfina
y TCNE, y aquellos obtenidos en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, por
radiólisis de pulso. ............................................................................................. 105
Figura 20. Espectros de absorción de transientes de oxoisoaporfina en una solución de
acetona y acetonitrilo, saturados con O2, en radiólisis de pulso ........................ 107
Figura 21. Espectros de absorción de la mezcla 5-metoxi-oxoisoaporfina/TCNE, y
aquellos obtenidos en 1,2-dicloroetano saturado con Ar y en acetonitrilo
saturado con O2, por radiólisis de pulso ............................................................ 110
Figura 22. Espectros de absorción de la mezcla de reacción 3-aza-oxoisoaporfina/TCNE
y aquellos obtenidos en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, por radiólisis de
pulso. ................................................................................................................. 114
Figura 23. Espectros de absorción de transientes de 3-aza-oxoisoaporfina en acetona y
acetonitrilo, saturados con O2, por radiólisis de pulso ...................................... 116
Figura 24. Espectros de absorción de la mezcla de reacción 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina/TCNE, y aquellos obtenidos en 1,2-dicloroetano saturado con
Ar, por radiólisis de pulso ................................................................................. 118
Figura 25. Espectros de absorción de transientes de una solución de 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina en acetona y acetonitrilo, saturados con O2, por radiólisis de
pulso .................................................................................................................. 120
Figura 26. Espectros de absorción para la mezcla 2,3-dihidro-oxoisoaporfina/TCNE, y
aquellos obtenidos en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, por radiólisis de pulso125
Figura 27. Espectros de absorción para la mezcla de reacción 5-metoxi-2,3-dihidro-
oxoisoaporfina/TCNE, y aquellos obtenidos en 1,2-dicloroetano saturado con
Ar y en acetona saturada con O2, por radiólisis de pulso .................................. 128
Índice de tablas
Tabla 1. Rendimientos cuánticos de fotoconsumo para 3-aza-oxoisoaporfinas en
presencia de TEA ................................................................................................... 58
Tabla 2. Asignación de las señales de 3-aza-oxoisoaporfinas y de sus respectivos
fotoproductos metaestables (aniones hidrogenados), por 1H−NMR...................... 69
Tabla 3. Entalpías de formación calculadas para radicales hidrogenados de 3-aza-
oxoisoaporfinas y oxoisoaporfinas, y los aniones fotoproductos. Diferencia en
densidad de carga entre los fotoproductos y los precursores ................................. 74
Tabla 4. Constantes de velocidad de apagamiento y energía de los estados triplete para
las 3-aza-oxoisoaporfinas y oxoisoaporfinas, con los aceptores de energía
seleccionados. ........................................................................................................ 80
Tabla 5. Absorciones y tiempos de vida de radicales hidrogenados de 3-aza-
oxoisoaporfinas, obtenidos por láser flash fotólisis en presencia de TEA en
acetonitrilo saturado con Ar, y radiólisis de pulso en isopropanol saturado con
Ar y N2O. ............................................................................................................... 92
Listado de acrónimos
1,2-DCE:1,2-dicloroetano
2,3-DHOIA: 2,3-dihidro-oxoisoaporfina
3-AOIA: 3-aza-oxoisoaporfina
CD: diferencia en densidad de carga
: diferencia en los desplazamientos químicos en resonancia magnética nuclear
Hf: entalpía de formación
OD: diferencia en densidad óptica
: desplazamiento químico en resonancia magnética nuclear
: coeficiente de extinción molar
Φpc: rendimiento cuántico de fotoconsumo
Φ∆: Rendimiento cuántico de generación de oxígeno molecular singulete
T: Rendimiento cuántico de triplete
Φf: Rendimiento cuántico de fluorescencia
: longitud de onda
: tiempo de vida
COSY: espectroscopía de correlación
CRIP: par ión radical en contacto
DABCO: 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano
DEAB: dietilaminobutadieno
DDQ: 2,3-dicloro-5,6-diciano-p-benzoquinona
EN
T: parámetro empírico de la polaridad del solvente
ET: energía del estado triplete
EDA: donor-aceptor de electrón
G: rendimiento radiolítico
GRP: par radical geminado
1H-NMR: resonancia magnética nuclear de protones
k: constante de velocidad
kET: constante de velocidad de transferencia de electrón
kET: constante de velocidad de retrotransferencia de electrón
kET’: constante de velocidad de transferencia de un segundo electrón
kH+: constante de velocidad de transferencia de protón
kH+: constante de velocidad de retrotransferencia de protón
kISC: constante de velocidad de cruce entre sistemas
kq: constante de velocidad de apagamiento
LFF: láser flash fotólisis
m/z: relación masa/carga
OIA: oxoisoaporfina
PET: transferencia de electrón fotoinducida
PM3: modelo parametrizado Nº3
Q: apagador
RHF: Hartree–Fock restringido
RP: radiólisis de pulso
SSRIP: par ión radical separado por solvente
TEA: trietilamina
TCNE: tetracianoetileno
TCNQ: 7,7,8,8-tetracianoquinodimetano
TMP: 2,2,6,6-tetrametilpiperidina
TPA: tripropilamina
UHF: Hartree–Fock no restringido
UV-vis: ultravioleta-visible
17
Resumen
La 7H-benzo[e]perimidin-7-ona (3-AOIA, A1), y 2-metil-7H-benzo[e]perimidin-
7-ona (2-Me-3-AOIA, A2) son fotoestables cuando son irradiados a una longitud de
onda de 366 nm en presencia de oxígeno. Sin embargo, en soluciones saturadas con Ar o
N2, en presencia de una amina terciaria capaz de donar H- como trietilamina (TEA) o
tripropilamina (TPA), fotorreducen eficientemente desde el estado triplete excitado de
los sustratos. El mecanismo de la fotorreacción involucra la transferencia secuencial de
electrón-protón-electrón formando un único fotoproducto metaestable, AH, que
regenera los sustratos originales en la oscuridad, proceso que es acelerado por la
admisión de oxígeno al medio. Estas fotorreacciones no ocurren con aminas no donoras
de H-, como 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO) o 2,2,6,6-tetrametilpiperidina
(TMP) debido a que no existen H- disponibles para ser transferidos durante las
fotorreacciones. Sin embargo, las aminas no donoras de H- por transferencia de
electrón fotoinducida, generan eficientemente los aniones radicales de los sustratos, A−
,
detectables por láser flash fotólisis.
Durante la fotólisis estacionaria, en presencia de aminas donoras de H-, es
posible observar grandes cambios en los espectros de absorción, con la aparición de
nuevas bandas de absorción y múltiples puntos isosbésticos, indicando claramente la
formación de un sólo fotoproducto, como se comprobó por 1HRMN. Los
desplazamientos químicos y el intercambio isotópico regioselectivo D/H observados en
las posiciones 4 y 6 de las moléculas, indican que los fotoproductos metaestables de las
18
3-aza-oxoisoaporfinas se encuentran hidrogenados sobre el átomo de oxígeno, con la
carga negativa deslocalizada en los anillos aromáticos de las moléculas.
Los intermediarios transientes de estas fotorreacciones fueron caracterizados
completamente por láser flash fotólisis y radiólisis de pulso, identificándose los estados
triplete excitados de los sustratos (3A
*), los aniones radicales (A
) generados en
presencia de TMP y DABCO, y los radicales hidrogenados (AH) generados en
presencia de TEA. La identidad de los transientes fue comprobada comparando sus
espectros con los obtenidos por radiólisis de pulso, usando distintos solventes y gases de
saturación.
De los estudios presentados, se puede concluir que el mecanismo de
fotorreducción es el mismo que presentan derivados previamente estudiados, pero la
presencia de un segundo átomo de nitrógeno en las 3-aza-oxoisoaporfinas, induce la
protonación preferencial del oxígeno carbonílico de estos, y aumenta notoriamente el
rendimiento cuántico de la fotorreducción.
Los cations radicales de las oxoisoaporfinas, 3-aza-oxoisoaporfinas y 2,3-
dihidro-oxoisoaporfinas fueron generados y caracterizados espectroscópicamente por la
reacción térmica en presencia de TCNE, cuyos espectros son prácticamente idénticos a
los obtenidos por radiólisis de pulso en 1,2-dicloroetano saturado con Ar. El papel de
estos derivados de oxoisoaporfina como fitoalexinas podría estar asociado a estos
cationes radicales.
19
Summary
7H-benzo[e]perimidin-7-one (3-AOIA, A1), and 2-methyl-7H-
benzo[e]perimidin-7-one (2-Me-3-AOIA, A2) are photostable when are irradiated at 366
nm in oxygen saturated solutions. However, Ar or N2 saturated solutions of these
substrates, and in the presence of the tertiary amine capable to transfer H-, as
triethylamine (TEA) or tripropylamine (TPA), the substrates photoreduce efficiently
from its excited triplet states. The mechanism occurs by a sequential electron-proton-
electron transfer forming as photoproduct the metastable hydrogenated anion AH−,
regenerating the original compounds in the darkness, process that is accelerated by the
admission of oxygen to the environment. The photoreactions not occurs with amines
without H- transferable, as 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) or 2,2,6,6-
tetramethylpiperidine (TMP), however, only one electron is transferred during the
photoreduction observing the formation of the radical anion of the substrate A−
,
detectable by laser flash photolysis.
During the steady state photolysis in the presence of amines with H-, it is
possible to observe large changes in absorption spectra with the appearance of new
absorption bands and of several isosbestic points, indicating the formation of a single
photoproduct, how was checked by 1H-NMR. The chemical shifts and the regioselective
isotopic exchange observed in the positions 4 and 6 of the photoproduct structures
indicate that the metastable photoproducts of 3-aza-oxoisoaporphines are hydrogenated
20
on the oxygen atom, with the negative charge delocalized in the aromatic rings of the
molecules.
The transient intermediates of these photoreactions were characterized by laser
flash photolysis and pulse radiolysis, identifying the excited triplet states of the
substrates (3A
*), the radical anion (A
−) generated in the presence of TMP and DABCO,
and hydrogenated radicals (AH) generated in the presence of TEA. The identity of these
transient intermediates was checked by comparing their spectra with those obtained by
pulse radiolysis using different solvents and saturation gases.
Is possible to conclude that the photoreduction mechanism is the same for
previously reported oxoisoaporphine and 3-aza-oxosoaporphines, but with the additional
nitrogen atom in the seconds, preferential protonation over carbonyl oxygen was
induced, increasing notoriously the photoreduction quantum yield.
The radical cations of oxoisoaporphines, 3-aza-oxoisoaporphines and 2,3-
dihydro-oxoisoaporphines was generated and characterized by thermal reaction in the
presence of tetracyanoethylene (TCNE), whose spectra are practically identical to the
spectra obtained by pulse radiolysis in argon saturated 1,2-dichloroethane. The function
of these oxoisoaporfina derivatives as phytoalexins could be associated to these radical
cations.
21
1. Introducción
1.1. Antecedentes
Uno de los grandes desafíos de la ciencia actual es la producción de energía,
cuyo consumo actual es del orden de 13x1012
Watts, proyectándose un consumo de
energía de 35x1012
Watts para el año 2050. Las fuentes tradicionales como petróleo,
energía nuclear, eólica e hidroeléctrica no serán suficientes para satisfacer esta demanda
mundial.1 Si parte de la energía solar que incide sobre el planeta pudiese ser
aprovechada por sistemas fotosintéticos artificiales que permitan su acumulación como
energía química, al menos una parte de la demanda proyectada de energía podría ser
satisfecha.
Sistemas moleculares y supramoleculares con expectativas en estas aplicaciones
han sido estudiados ampliamente durante las últimas tres décadas.2-9
Aunque el objetivo
de colectar energía solar por medios químicos y almacenarla para su posterior consumo
parece lejano, toda contribución que permita a la humanidad acercarse a él, permitirá
disponer en el futuro de fuentes de energía sustentables.
Se han estudiado numerosos sistemas acumuladores de energía basados en
reacciones fotoquímicas de compuestos orgánicos, entre las que se cuentan las
fotoisomerizaciones de valencia, que ocurren usualmente con cambios de entalpía
importantes entre reactantes y fotoproductos. Así, compuestos fotocrómicos biestables
(que presentan dos estados estables con distinto espectro de absorción) característicos
22
como los de la familia de los Aberchrome
,10,11
tienen un amplio uso como actinómetros
y se han evaluado para su uso en sistemas de almacenamiento de datos y como switch
ópticos, dada la reversibilidad de sus fotorreacciones.12-14
Otros compuestos fotocrómicos no vuelven térmicamente al estado inicial, pero
pueden reconvertirse fotoquímicamente, usualmente a una longitud de onda distinta a la
que originó el cambio. Estos compuestos pueden y son actualmente usados en
dispositivos opto-electrónicos como por ejemplo los CD-ROM regrabables.14
Los sistemas fotosintéticos naturales y artificiales, en los cuales la energía
electromagnética de la luz es colectada y almacenada como energía química para ser
utilizada posteriormente, involucran procesos de transferencia de electrones a larga
distancia y la formación de estados de “carga separada” de larga vida.15,16
La eficiencia
en la fotoconversión de la energía depende de que ocurra una rápida separación de las
cargas, frecuentemente en etapas, que involucran no sólo la transferencia de electrones,
sino también de protones, combinada con una recombinación o retrotransferencia de
electrones lenta, dificultada por la distancia que separa el donor con el aceptor de
electrones participantes en la reacción de transferencia electrónica.17-19
Los compuestos usados para estos fines generalmente tienen estructuras rígidas
que contienen al donor y aceptor de electrones unidos por un separador, posibilitando la
migración del electrón, o incluso de protones. Con esto se consigue la separación de las
cargas y el almacenamiento de energía. Esta separación de cargas a larga distancia (15Å
23
o más) impide que ocurra una retrotransferencia electrónica.2-5,7-9,17
Sin embargo, estos
procesos no son fáciles de observar cuando la transferencia electrónica ocurre entre
donores y aceptores separados.
La transferencia de electrones fotoinducida, provee una forma sencilla y versátil
para la generación de iones radicales con alto contenido energético. Sin embargo, debido
a la retrotransferencia electrónica, que se ve facilitada por la corta separación de las
especies implicadas, se traduce en el impedimento en la utilización de la energía
capturada, ya que los radicales generados se desactivan rápidamente.20
Esta situación
termodinámica es inevitable, pero puede ser controlada cinéticamente haciendo competir
la retrotransferencia del electrón con otro proceso aún más rápido que conduzca al
resultado esperado, es decir, obtener una separación de las cargas.
En algunos casos, el apagamiento por transferencia de electrones seguido por la
transferencia de un protón desde el catión radical, es un proceso mucho más rápido que
la retrotransferencia de electrón.18
Para estos sistemas, el proceso puede continuar con
una segunda transferencia de electrón, generando finalmente un par iónico que almacena
considerable energía. Este comportamiento, ha sido reportado para algunas cetonas,
derivados de antraquinona y colorantes tioíndigos por el grupo de investigación de
Whitten,20-23
así como también para derivados de trifeniltriazina24
,
fenilquinoxalinonas,25,26
y otros.27-30
En estos sistemas, tanto el donor como el aceptor de
electrones se encuentran en solución y la separación de cargas ocurre en rápidas etapas
24
sucesivas de transferencia de electrón-protón-electrón, con la consecuente formación de
especies metaestables confinadas en la “caja del solvente”.
Por ejemplo, el sistema N-metil-3-fenilquinoxalin-2-ona/trietilamina (TEA) es
capaz de generar un fotoproducto metaestable, con 20 kcal/mol más de energía que los
reaccionantes, lo que implica una eficiencia de fotoconversión de energía
electromagnética en química del orden del 40%, eficiencia que se obtiene al comparar la
energía química almacenada con la energía absorbida como luz de 366 nm.25,26
Esta
fotorreducción reversible que experimentan los sustratos nombrados anteriormente, y la
generación de un anión semirreducido metaestable, es un comportamiento con
potenciales aplicaciones tecnológicas.
También los derivados de 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas generan un fotoproducto
metaestable, que revierte térmicamente a la oxoisoaporfina original.31-34
El mecanismo
de fotorreacción involucra la transferencia secuencial de electrón-protón-electrón, como
se muestra en el Esquema 1. Para la fotorreducción de estos compuestos por aminas, la
totalidad de las especies transientes: estados triplete excitados (3A
*), aniones radicales
(A
), radicales hidrogenados (AH) y aniones hidrogenados (AH
); han sido
caracterizada espectroscópicamente. Sus espectros de absorción experimentales se han
comparado con aquellos obtenidos por la generación de estas mismas especies usando
radiólisis de pulso,35,36
así como también con los espectros calculados por métodos
mecanocuánticos semiempíricos con muy buenos resultados.32
25
En estos sistemas, aunque el sustrato fotorreducido revierte térmicamente al
compuesto original, también la amina es consumida, generando productos de oxidación
de estas. Por ejemplo, en la fotorreducción de las 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas con
trietilamina (TEA) se reportó la formación de dietilaminobutadieno (DEAB), junto a
aldehídos y aminas secundarias.37,38
Esquema 1. Mecanismo de fotorreducción de derivados de 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas
en presencia de trietilamina (TEA). 31-34
N
O
R1
R2
h
H2O
kET
k-ET
kH+
k -H+
kET'
+ Et2NCH2CH3
kq O2
kISC
+
Et2NCH2CH3
N
O
R1
R2
+
N
O
R1
HR2
Et2NCH-CH3 +
N
O
R1
HR2
Et2N=CHCH3
+
A
A1
A3 *
*
CH3CHO Et2NH2+
+
Et2NCH=CH-CH=CH2
+
A5: R1 = R2 = H-
A6: R1 = CH3O-; R2 = H-
A7: R1 = R2 = CH3O-
26
Los sustratos de interés para esta tesis son compuestos estructuralmente similares
a las oxoisoaporfinas naturales (análogos aromáticos de las 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas)
que han sido aisladas del Menispermun dauricum39
por diversos investigadores
japoneses y chinos. También han sido aisladas, junto a 3-aza-oxoisoporfinas, de plantas
de las familias de las Annonaceae,40
Lauraceae,41
Magnoliaceae,42
Fumariaceae 43
y
Papaveraceae 44
. Para estos compuestos naturales, se han reportado las estructuras y
alguna actividad mutagénica, citotóxica y antimicrobiana.40,45-53
Algunas oxoisoaporfinas serían relevantes como fitoalexinas, es decir, como
compuestos generados por los vegetales en respuesta a un daño mecánico externo o a
una infección, como medio de defensa para combatir agentes patógenos, no
encontrándose en plantas sanas.54
Para alcaloides similares, relacionados
estructuralmente a fenalenona,55-58
el mecanismo protector de estas se ha atribuido a las
capacidades de estos compuestos de generar eficientemente oxígeno molecular singulete
o a la intercalación en el DNA de las bacterias patógenas.57-60
Se han propuesto dos
mecanismos de acción: (i) fotooxidación directa de moléculas biológicamente relevantes
por transferencia de electrón, o hidrógeno, y subsecuente reacción de los radicales
formados con moléculas de oxígeno (mecanismo de Norrish tipo I); (ii) transferencia de
energía de excitación electrónica desde la fototoxina al oxígeno molecular para formar
1O2 (mecanismo de Norrish tipo II). No hay duda que la formación de iones radicales
(cationes radicales en particular) derivados de estos alcaloides deben acompañar
reacciones de transferencia de electrones. Por lo tanto, sería de relevancia el estudio de
las propiedades cinéticas y espectrales de los cationes radicales de derivados de
27
oxoisoaporfinas para entender los procesos de transferencia de electrones que ocurren en
fitoalexinas, potencialmente conectadas con su actividad contra patógenos.
Las 3-aza-oxoisoaporfinas (7H-benzo[e]perimidin-7-onas) son sustratos similares
a las oxoisoaporfinas que contienen dos átomos de N en su estructura, han recibido
considerable atención debido a su actividad antineoplásica y citotóxica contra diferentes
células tumorales.61-66
Estos compuestos fueron sintetizados y probados como una
alternativa no cardiotóxica de drogas antitumorales derivadas de antraquinonas,
mostrando in vitro e in vivo, actividad citotóxica hacia células con resistencia a
multidrogas (multidrug resistance, MDR, para sus siglas en inglés).61,64
A pesar de toda
la información toxicológica y sobre los efectos como antineoplásicos de estos
compuestos, no existen reportes acerca de su actividad fotoquímica, y dada la similitud
estructural con las oxoisoaporfinas, se puede esperar que las fotorreducciones en
presencia de aminas ocurran por un mecanismo similar a lo previamente
reportado.31,32,35,67
En esta tesis se estudió la fotorreducción de 3-aza-oxoisoaporfina (A1) y 2-metil-
3-aza-oxoisoaporfina (A2) (Esquema 2) en presencia de trietilamina (TEA) como amina
donora de H-, y con 2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TMP) y 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano
(DABCO) como aminas no donoras de H-α.
28
Esquema 2. Estructuras de los sustratos 3-aza-oxoisoaporfinas, oxoisoaporfinas y 2,3-
dihidro-oxoisoaporfinas.
N
N
O
N
N
O
N
O
N
O
CH3
H3CO
7H-benzo[e]perimidin-7-onas
3-aza-oxoisoaporfina3-AOIA
A1
2-metil-3-aza-oxoisoaporfina2-Me-3-AOIA
A2
oxoisoaporfinaOIAA3
5-metoxi-oxoisoaporfina5-MeO-OIA
A4
N
O
N
O
H3CO
2,3-dihidro-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-onas
2,3-dihidro-oxoisoaporfina2,3-DHOIA
A5
5-metoxi-2,3-dihidro-oxoisoaporfina5-MeO-2,3-DHOIA
A6
7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-onas
29
La secuencia de eventos esperados para la evolución del estado triplete excitado
de las 3-aza-oxoisoaporfinas, con aminas donoras de H es la siguiente: a) La abstracción
de un electrón desde la amina, con la formación de una par ión-radical; b) La
transferencia de un protón desde la amina, al átomo de N, O ó a alguno de los C
reactivos de la molécula, con la generación de radicales neutros hidrogenados capaces de
conducir a productos, posiblemente metaestables. Ambos procesos, la transferencia de
electrón y protón, podrían ocurrir en forma concertada, como una transferencia de
hidrógeno; c) Una segunda transferencia de electrón podría ocurrir, dependiendo del
potencial de reducción de cada una de las especies en el par radical, resultando en la
transferencia neta de un ión hidruro,
La identificación y asignación de las absorciones de las especies transientes
durante la fotorreducción, es decir, del estado triplete excitado, del par ión-radical y del
par radical es posible si las distribuciones espectrales de cada uno de ellos son lo
suficientemente diferentes o bien si la vida media de estos permite separar sus
absorciones temporalmente.
Estos sustratos, en presencia de aminas donoras de H formarán un radical neutro
hidrogenado, mientras que las aminas que no poseen H- al grupo amino, generarán sólo
el par ión-radical, revirtiendo rápidamente a los sustratos de partida a través de una
retrotransferencia del electrón. Alternativamente, y a modo de confirmación de las
identidades de las especies transientes, estas se generarán por radiólisis de pulso en
30
ausencia de la amina y un solvente y gas de saturación apropiado, simplificando los
espectros de absorción.
La radiólisis de pulso, además de generar las especies reducidas mencionadas
anteriormente, ha permitido generar los cationes radicales de diversos sustratos, los que
también podrían ser generados por una reacción térmica o fotoquímica de transferencia
de electrón entre los sustratos y un aceptor de electrones adecuado.
Es así como se han reportado varios tipos de reacciones entre donores de
electrones de bajo potencial de ionización y aceptores de alta afinidad electrónica como
aceptores- de electrones.68,69
Algunas de estas envuelven complejos donor-aceptor de
electrones (EDA) representados como [D,A],70-73
que son precursores en la generación
de pares iones radicales [D
,A
] obtenidos por oxidaciones químicas o
fotosensibilizadas. El complejo de encuentro, [D,A], puede coexistir en equilibrio con el
estado de transferencia del electrón [D
,A
], este último como par ion radical en
contacto (CRIP) o par ion radical separado por solvente (SSRIP) en solventes altamente
polares como acetonitrilo.74,75
D + A [D,A] [D
,A
] D
+ A
(1)
Algunos aceptores de electrones que contienen grupos nitrilos en sus estructuras
han sido ampliamente utilizados como aceptores de electrones para generar especies
oxidadas de variados compuestos orgánicos.76-82
Entre estos podemos encontrar los
denominados aceptores- de electrones como 7,7,8,8-tetracianoquinodimetano (TCNQ),
31
tetracianoetileno (TCNE) y 2,3-dicloro-5,6-diciano-p-benzoquinona (DDQ) (Esquema
3). Estos aceptores de electrones se caracterizan por presentar altos potenciales de
reducción reversibles, porque sus aniones radicales son estables en solución y pueden ser
aislados como sales, porque sus velocidades de transferencia de electrón son
relativamente rápidas y accesibles experimentalmente. Estos procesos de oxidación
pueden ocurrir por transferencia fotoinducida del electrón (PET),74,75
y también en forma
térmica en ausencia de luz.83-87
Esquema 3. Aceptores- de electrones.
NC
NC CN
CN
NC
NC CN
CN
O O
NC CN
ClCl
Tetracianoetileno (TCNE)
7,7,8,8-tetracianoquinodimetano (TCNQ) 2,3-dicloro-5,6-diciano-p-benzoquinona (DDQ)
32
El tetracianoetileno (TCNE) es un conocido aceptor- de electrones, con un alto
potencial de reducción. Su anión radical es estable en solución, siendo en variados casos
aislado como sal.74,75,82
Usualmente la velocidad de transferencia de electrón en TCNE
con un donor adecuado, es un proceso lo suficientemente rápido como para ser
observado experimentalmente en el rango de unos pocos segundos. Este aceptor ha sido
ampliamente utilizado para generar especies oxidadas, como cationes radicales o
especies neutras de variados compuestos orgánicos, ya sea térmicamente, con
participación de complejos EDA,74,75,77,81,88,89
o por transferencia fotoinducida de un
electrón.78-80,82
Incluso, se ha reportado la transferencia de electrón de algunos sustratos a
aceptores, sin mediar la absorción de luz en el proceso. Por ejemplo, se han observado
casos en que derivados de 10-metil-9,10-dihidroacridina y 1-bencil-1,4-
dihidronicotinamida reaccionan eficientemente a través de la formación de complejos de
transferencia de carga por un mecanismo secuencial de transferencia electrón-protón-
electrón en presencia de derivados de p-benzoquinonas90,91
y TCNE91,92
, identificando
como etapa determinante de la reacción la transferencia del protón.
De esta forma, usando TCNE como aceptor, es posible generar los cationes
radicales de todos los sustratos estudiados (Esquema 2). Estas reacciones fueron
monitoreadas por espectroscopía UV-visible, realizando el estudio del comportamiento
espectroscópico y cinético de los cationes radicales de los 6 derivados de oxoisoaporfina
formados por la reacción térmica con TCNE en acetonitrilo, los que fueron contrastados
33
con los cationes radicales generados por radiólisis de pulso en 1,2-dicloroetano saturado
con Ar, acetona y acetonitrilo saturados en O2. La comparación de los espectros
obtenidos por las dos vías, permitió la correcta asignación espectroscópica de los 6
cationes radicales.
1.2. Hipótesis de trabajo
1. Dada la similitud estructural entre derivados de 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas y las
oxoisoaporfinas con las 3-aza-oxoisoaporfinas, se espera que el mecanismo de
fotorreducción por aminas sea similar, es decir, que ocurra vía una transferencia
fotoinducida de un electrón al sustrato, seguido por la transferencia de un protón y de
un segundo electrón generando fotoproductos metaestables. De este modo, se
espera la generación de especies transientes como el anión-radical, radical
neutro hidrogenado y anión hidrogenado de las 3-aza-oxoisoaporfinas.
2. La fotooxidación de 3-aza-oxoisoaporfinas y de oxoisoaporfinas por aceptores de
electrones probablemente ocurre por la transferencia fotoinducida de un electrón,
involucrando la generación de especies transientes como el catión radical del sustrato
y el anión radical del aceptor.
3. Las especies generadas tanto en la fotorreducción como fotooxidación deberían ser
detectadas y caracterizadas por espectroscopía resuelta en el tiempo, usando como
fuente de excitación un haz de fotones o de electrones.
34
1.3. Objetivos generales
Evaluar los mecanismos involucrados en la fotorreducción y fotooxidación de los
compuestos heterocíclicos propuestos, contribuyendo de este modo al conocimiento
general para el diseño de nuevos y mejores compuestos fotoconversores de energía.
1.4. Objetivos específicos
1. Se estudiarán las características espectroscópicas de cada uno de los compuestos y su
fotoestabilidad frente a donor y aceptores de electrones en presencia y ausencia de
oxígeno.
2. Se determinará el rendimiento cuántico de fotoconsumo del sustrato en función de la
concentración del donor de electrones y de la naturaleza química de estos.
3. Se caracterizarán los intermediarios transientes generados por láser flash fotolisis en
presencia de donores de electrones, usando espectroscopía resuelta en el tiempo y se
estimarán los parámetros cinéticos de las reacciones involucradas en su formación y
decaimiento.
4. Se identificarán espectroscópicamente los productos de oxidación de los sustratos
generados en presencia de aceptores de electrones.
5. Se caracterizarán espectroscópicamente los intermediarios transientes, generados por
radiólisis de pulso en distintos solventes y gases de saturación.
6. Se analizarán e identificarán los fotoproductos estables y metaestables usando
técnicas espectroscópicas.
35
2. Metodologías
2.1. Materiales
Todos los solventes fueron utilizados tal cual fueron comercializados.
Acetonitrilo (grado HPLC), acetona (99,7% de pureza) y 1,2-dichloroethane (>99% de
pureza) fueron adquiridos de J. T. Baker o Merck, J.T Baker y de Sigma-Aldrich,
respectivamente. La trietilamina (TEA), 2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TMP), y DABCO
fueron adquiridos de Aldrich. Todas las aminas líquidas fueron destiladas al vacío,
“trap-to-trap”, selladas en tubos de vidrio a 104
mm Hg, y almacenadas a -18 °C.
Antes de cada experimento un nuevo tubo fue abierto para asegurar la pureza de la
amina. El DABCO fue usado tal cual fue recibido y sus soluciones fueron preparadas
inmediatamente antes de su uso. Tetracianoetileno fue adquirido de Aldrich y purificado
por sublimación.
2.2. Síntesis de oxoisoaporfinas y 3-aza-oxoisoaporfinas
La síntesis de las benzo[e]perimidin-7-onas es fácilmente realizada por ciclación
de 1-aminoantraquinona con N,N-dimetilformamida dimetil acetal, o con N,N-
dimetilacetamida dimetil acetal con cloruro de fosforilo, para formar los respectivos
precursores amidínicos de la 3-aza-oxoisoaporfina (3-AOIA, A1) y 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina (2-Me-3-AOIA, A2), respectivamente. Una segunda etapa de ciclación
comprende la reacción de estos precursores con acetato de amonio en etanol
caliente.62,64,66
36
Por otra parte, la N-feniletilftalimida es parcialmente reducida y ciclada con
NaBH4/MeOH/HCl a 5,6,8,12b-tetrahidro-8-isoindolo[1,2-a]isoquinolona, para luego
ser oxidada con aire en presencia de NaOH-MeOH y sulfato de dimetilo, dando por
calentamiento la 1-(2-carboxifenil)-3,4-dihidroisoquinolina. Luego es hidrolizado con
HCl acuoso, y posteriormente ciclada con ácido sulfúrico fumante a 0 5 ºC. Al
recristalizar el sólido en MeOH se obtiene como producto 2,3-dihidro-oxoisoaporfina.
Finalmente es oxidada con 10% Pd/C para dar la oxoisoaporfina aromática (OIA, A3).
Por otra vía sintética se obtiene 5-metoxi-2,3-dihidro-oxoisoaporfina, entre otros
productos, por ciclación de 2-(3,4-dimetoxifenil) etilamina (homoveratrilamina) y ácido
ftalaldehídico en ácido polifosfórico. En una posterior reacción de oxidación con 10%
Pd sobre carbono en benceno se obtiene 5-metoxi-oxoisoaporfina (5-MeO-OIA, A4).
Las oxoisoaporfinas fueron sintetizadas por el procedimiento reportado por Fabre
et al.93
y por Walker et al.94
, y completamente caracterizadas y facilitadas por el Dr.
Eduardo Sobarzo Sánchez.34,95,96
2.3. Estudios Fotofísicos y Fotoquímicos
2.3.1. Fotólisis Estacionaria
Las fotólisis estacionarias se realizaron en un espectrofotómetro de arreglo de
diodos UV-Visible 8453 Agilent que permite seguir la evolución espectral durante la
fotólisis de las muestras. Para la irradiación se emplearon lámparas de mercurio de
37
presión media de 125W con filtro de 366 nm. En todos los casos, se prepararon 3 mL de
soluciones de los sustratos disueltos en acetonitrilo, con absorbancias entre 0.20 y 1.40 a
366 nm, estas soluciones fueron purgadas con Ar por 20 minutos en celdas de cuarzo de
10 mm, provistas con un agitador magnético para asegurar la homogeneidad de la
solución, durante el periodo de medida.
La estabilidad fotoquímica de todos los sustratos fue examinada irradiando
soluciones de estos en presencia de O2, así como también saturadas con argón.
2.3.2. Rendimientos cuánticos de fotoconsumo
Los rendimientos cuánticos de fotoconsumo (Φpc) del sustrato en presencia de
TEA fue medido usando Aberchrome
54010,97,98
como actinómetro, usando la siguiente
ecuación:
Φpc = (dC/dt)0 / I0 (1 – 10
-Abs) (2)
Donde (dC/dt)0 es la velocidad inicial de desaparición de los sustratos (M s1
); I0
es el flujo de fotones (Einstein s1
), y Abs es la absorbancia inicial a la longitud de onda
de irradiación de 366 nm.
La variación en la concentración de los sustratos durante las fotorreducciones fue
determinada usando la siguiente ecuación:
C = C0 x( A0 – At )/( A0 – A∞ ) (3)
38
Donde C0 es la concentración inicial de los sustratos; A0, At y A∞ son las
absorbancias medidas a t = 0; t = t and t = ∞, respectivamente.
2.3.3. Reacción con tetracianoetileno, TCNE
Las soluciones fueron preparadas conteniendo 0.1 mM de sustrato con 10 mM de
TCNE en 3 mL de acetonitrilo en celdas cuadradas de cuarzo (1 cm). Estas celdas fueron
provistas de agitación magnética para asegurar la homogeneidad de la solución durante
los experimentos que fueron realizados en un espectrofotómetro de arreglo de diodos
UV-Visible 8453 Agilent. Debido a los pequeños cambios en las absorbancias, para
maximizar estas, las mezclas sustrato/TCNE/solvente fueron usadas como blanco
espectroscópico. Por lo tanto, todos los espectros obtenidos muestran el cambio en
absorbancia relativo a este blanco espectroscópico. Todos los experimentos fueron
realizados a 25 ºC, excepto para 3-aza-oxoisoaporfina a 50 ºC.
2.4. Láser Flash Fotólisis
Estos experimentos se llevaron a cabo en un equipo de láser flash fotólisis
provisto de un láser Q-switched Nd: YAG Quantel Brilliant, usando el generador del
tercer armónico, con longitud de onda de excitación a 355 nm y con una potencia de 70
mJ/pulso y una lámpara de Xe Osram XBO de 150 W montada en un sistema PTI
A1010, y alimentada por una fuente de poder PTI LPS-220/250. El haz de luz pasa a
través de un filtro de agua antes de incidir en la entrada del portacelda. Un shutter
electrónico Uniblitz con un controlador modelo T132 Shutter Driver/Timer, ambos de
39
Vincent Associates, fue colocado entre el filtro de agua y el portacelda. El shutter es
disparado sincronizado con el Q-switch del láser y se mantiene abierto por 7 ms durante
cada disparo del láser. Dos lentes y “slits” fueron usados para colimar y enfocar la luz de
monitoreo en el portacelda y en el monocromador PTI 01-001, con un “grating” de 1200
líneas/mm f = 4. Como detector se usó un fotomultiplicador Hamamatsu R-928. Las
señales fueron monitoreadas con un osciloscopio digital Hewlett-Packard 54540A de
500 MHz, 1 Gs/s, usado en modo DC. Para el disparo del osciloscopio se usa un
“trigger” divisor del haz óptico PTI externo. Las señales pueden ser almacenadas y
promediadas en el mismo osciloscopio a la velocidad de repetición del pulso del láser
(10 Hz), o puede ser alimentado a un computador personal equipado con una interfase
GPIB National Instruments, y un programa computacional para la adquisición y
tratamiento de datos. El software fue escrito en lenguaje gráfico National Instruments
LabViews 3.0, controla el monocromador y el disparo del láser. 26,32,99
Esta
configuración se representa en el siguiente esquema:
40
Esquema 4. Diagrama del equipo de láser flash fotólisis. Monocromador (M);
fotomultiplicador (F); osciloscopio (O); computadora personal (C).
Todas las soluciones para los experimentos de láser flash fotólisis fueron
preparadas con concentración ≈ 0.1 mM, con absorbancias ≈ 0.6 a la longitud de onda de
excitación del láser (355 nm). Soluciones de 3 mL de los sustratos en una celda de
cuarzo de 10 mm selladas con una septa fueron purgadas por 20 minutos con Ar para
excluir el O2 del medio. Inmediatamente después de purgar, una alícuota de amina pura,
o una solución de esta, es agregada, con una jeringa Hamilton, a través de la septa para
la obtención y caracterización de los espectros de absorción de los transientes, en
presencia de aminas no donoras de H- y para los experimentos de apagamiento.
Alternativamente se utilizó una celda de flujo, provista de una bomba peristáltica, que
permite renovar continuamente la muestra en la celda.
Lámpara de
Xenón
Celda
Monocromador
Fotomultiplicador
Osciloscopio
Computadora
C
O
F
M
Láser
41
Los espectros de absorción de las especies transientes se obtuvieron barriendo el
espectro desde 360 nm hasta los 700 nm (límite instrumental), tomando la densidad
óptica (OD) a un tiempo determinado después del pulso de excitación y graficando
OD vs. . De este modo se puede seguir el curso de la reacción en el orden de los
microsegundos. De este modo, además se puede determinar la longitud de onda de
máxima absorción, para realizar los experimentos de apagamiento por dadores o
aceptores de electrones.
2.4.1. Caracterización de las especies transientes. Apagamiento de estados excitados
El tiempo de vida del transiente, , se midió a varias concentraciones de
apagador, a una longitud de onda predeterminada, y de la pendiente de las gráficas 1/
v/s [apagador] (tratamiento de Stern–Volver modificado, Ecuación 4) se obtuvo la
constante de apagamiento bimolecular (kq).
kobs = ko + kq[Q] (4)
Donde k0 = 1/° es la constante de velocidad de decaimiento del triplete en
ausencia de apagador; kobs = 1/ donde es el tiempo de vida en presencia de diferentes
concentraciones del apagador [Q], y kq es la constante cinética bimolecular de
apagamiento.
42
2.4.2. Energía de los estados triplete
Se estimó la energía de los estados triplete (ET) de las 3-AOIAs y OIAs con el
método de transferencia de energía por láser flash fotólisis. Para este propósito se
determinaron las constantes de apagamiento de las respectivas absorciones T-T con
algunos aceptores de energía con energías de triplete entre 255 y 146 kJ mol-1
. El
proceso de apagamiento pudo ser monitoreado siguiendo el decaimiento
monoexponencial de los tripletes a 430 nm para las 3-AOIAs, y a 450 nm para las OIAs.
Las constantes fueron determinadas usando la ecuación de Stern-Volmer modificada
(Ecuación 3).
2.4.3. Anión Radical
Para caracterizar espectroscópica y cinéticamente las especies transientes
involucradas en el mecanismo de fotorreducción, se usaron aminas no donoras de H-
como 2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TMP) y 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO),
capaces de generar el anión radical del sustrato por transferencia fotoinducida de
electrón, pero incapaces de donar H-. El anión radical puede ser generado en forma
aislada o más probablemente como un par ion-radical junto al catión radical de la amina.
43
2.4.4. Radicales hidrogenados
Con este fin, se usó trietilamina (TEA) como amina terciaria donora de H-, la
que es capaz de generar el anión radical y proseguir la reacción con la transferencia de
uno de sus H-, lo que permite la detección de los radicales neutros hidrogenados.
2.5. Radiólisis de Pulso
Los experimentos de radiólisis de pulso fueron realizados en el Instituto de
Química Nuclear y Tecnología INCT (Dorodna 16, 03-195 Warszawa, Polska, Varsovia,
Polonia, http://www.ichtj.waw.pl/drupal_eng/), bajo la dirección del Profesor Dr.
Krzysztof Bobrowski. Estos experimentos se realizaron en el acelerador lineal de
electrones INCT LAE 10 con ancho medio de pulso de 7 a 10 ns y 10 MeV de energía.
El acelerador esta ubicado en un recinto especialmente aislado y provisto de una
conexión a tierra que permite la obtención de señales limpias en el detector.
El equipo consiste de un osciloscopio LeCroy 9354AL que captura la señal
proveniente de un fotomultiplicador Hamamatsu R-955, desde algunos microsegundos
antes del disparo del acelerador hasta unos cuantos milisegundos, con un intervalo de 0,4
ns entre puntos. Esta captura que contiene suficientes puntos en el tiempo, permite la
representación de las trazas cinéticas en distintas escalas de tiempo, que van desde unos
pocos nanosegundos hasta los primeros milisegundos. Este arreglo permite visualizar el
crecimiento y decaimiento de las especies generadas en un único experimento, aunque
estos procesos ocurran en escalas de tiempo muy diferentes.
44
Los transientes son detectados por espectroscopia de absorción UV-vis usando
una lámpara de xenón como fuente de luz. El sistema también incluye un monocromador
Spectra Pro-275 (Stanford Reseach Instruments), un tubo fotomultiplicador Hamamatsu
R-955 con un amplio espectro de respuesta (160−900 nm), alimentado con una fuente de
poder HV PS310 (Stanford Research Instruments), y una computadora para procesar los
datos. El software fue escrito usando Delphi 3 (Borland) para Windows 9x/NT/ME.100
La cantidad de energía absorbida por pulso fue del orden de 18 - 20 Grey (Gy) (1
Gy = 1 J kg1
). La dosimetría fue realizada con soluciones de tiocianato de potasio 1x10-
2 M saturado con N2O, con un rendimiento radiolítico de G = 6.13 y un coeficiente de
absorción de 7580 M1
cm1
a 472 nm para (SCN)2
.101
Los rendimientos radiolíticos
son entregados en unidades estándar internacional, SI, como mol J1
, es decir, el mol
de producto que es generado por cada Joule de energía absorbido por la solución. Todos
los experimentos se realizaron con un flujo continuo y controlado de muestra a
temperatura ambiente (~ 20 ºC). Los errores experimentales estimados de las curvas de
calibración con tiocianato son 10% a menos que se indique lo contrario.
45
Esquema 5. Diagrama del equipo de radiólisis de pulso. Monocromador (M);
fotomultiplicador (F); osciloscopio (O); computadora personal (C).
Todas las soluciones de los sustratos fueron preparadas en concentraciones 0.1
mM de los sustratos en 200 mL de solución del respectivo solvente, purgando por 30
minutos con el gas de saturación apropiado antes de cada irradiación, para generar
especies reducidas u oxidadas de los sustratos.
Los mecanismos de generacion de especies transientes se detallan a continuación,
según los solventes y los gases de saturación empleados.
2.5.1. Acetonitrilo
La irradiación, representada por el símbolo , de acetonitrilo lleva a la
formación de iones radicales del solvente y a electrones solvatados (Ecuaciones 5 y 6), y
estados tripletes formados por recombinación de iones radicales (Ecuaciones 7 y 8).
Lámpara de
Xenón
Celda
Monocromador
Fotomultiplicador
Osciloscopio
Computadora
C
O
F
M
Acelerador lineal
de electrones
46
Bajos rendimientos radiolíticos para especies oxidantes (G ~ 0.2 mol J1
) y para los
estados tripletes (G ~ 0.3 mol J1
) han sido determinados. Por otra parte, el rendimiento
radiolítico (G) para especies reductoras se encuentra en el intervalo 1.03 – 1.55 mol
J1
.102
CH3CN CH3CN+
+ e
solv (5)
e
solv + CH3CN CH3CN (6)
CH3CN+
+ CH3CN
2 3CH3CN* (7)
CH3CN+
+ e
solv 3CH3CN* (8)
En acetonitrilo saturado con Ar se pueden generar los aniones y los cationes
radicales de un sustrato S (Ecuaciones 9 11), mientras que en soluciones saturadas con
O2 sólo se pueden formar los cationes radicales del sustrato (Ecuación 11), ya que
aniones radicales del sustrato y del solvente, y electrones solvatados reaccionan con el
O2 (Ecuación 12). El O2 es además un buen apagador de estados triplete del sustrato y de
solvente.
e
solv + S S
(9)
CH3CN
+ S CH3CN + S
(10)
CH3CN+
+ S CH3CN + S+
(11)
47
e
solv/CH3CN
+ O2 O2
+ CH3CN (12)
2.5.2. Isopropanol
En la irradiación de estos solventes polares próticos, se generan electrones
solvatados capaces de formar los aniones radicales de un sustrato (Ecuación 13). Cuando
las soluciones son purgadas con Ar, no hay posibilidad de generar cationes radicales de
los solutos por transferencia de un electrón al catión radical del solvente, ya que este
último desaparece rápidamente produciendo los radicales cetilo y alcoxilo (Ecuaciones
14 y 15, respectivamente).102,103
RR’CHOH RR’CHOH+
+ e
solv (13)
RR’CHOH+
+ RR’CHOH RR’COH + RR’CHOH2
+ (14)
RR’CHOH+
+ RR’CHOH RR’CHO + RR’CHOH2
+ (15)
El radical cetilo formado es capaz de reaccionar formando el radical hidrogenado
del soluto (Ecuación 16).
RR’COH + S RR’C=O + SH
(16)
Cuando las soluciones son saturadas con N2O, este actúa atrapando los electrones
solvatados y generando el anión radical del oxígeno (Ecuación 17), que al reaccionar
con el isopropanol forma el radical cetilo (Ecuación 18).
48
e
solv + N2O O
+ N2 (17)
RR’CHOH + O
RR’COH + OH
(18)
Por otra parte, el radical alcoxilo puede participar en reacciones de adición,
abstracción de hidrógeno y transferencia de carga con un soluto.
2.5.3. Acetona
La radiólisis de pulso en acetona genera iones radicales de vida relativamente
larga (Ecuación. 19 y 20), y estados tripletes formados por recombinación (Ecuación
21).104,105
Los rendimientos de los iones libres y los tripletes son de 0.75 y 1.0 mol J1
,
respectivamente.106
Es de particular interés el radical cation de acetona que se ve
envuelto en una transferencia de carga al soluto, formando el cation radical de un
determinado soluto (Ecuación. 22).
(CH3)2C=O (CH3)2C=O+
+ e
solv (19)
esolv + (CH3)2C=O (CH3)2C=O
(20)
(CH3)2C=O+
+ esolv 3(CH3)2C=O
* (21)
(CH3)2C=O+
+ S (CH3)2C=O + S+
(22)
En acetona saturada con oxígeno sólo se forman cationes radicales de un soluto
(S+
). Los aniones radicales (S
) no se forman, ya que los electrones solvatados (e
solv)
49
y/o los aniones radicales de la acetona ((CH3)2C=O
) reaccionan con el O2, que también
actúa como apagador de tripletes del soluto y del solvente.
2.5.4. 1,2-dicloroetano, 1,2-DCE
En la irradiación de solventes clorocarbonados102,107-109
como 1,2-dicloroetano,
cloroformo y tetracloruro de carbono, saturados con Ar, después del proceso inicial de
ionización (Ecuación 23), los electrones experimentan un ataque disociativo muy rápido
sobre el solvente (Ecuación 24), formando radicales libres e iones cloruros que no
reaccionan con el soluto. De esta manera se eliminan reacciones entre los electrones
solvatados y el soluto.
ClCH2CH2Cl ClCH2CH2Cl+
+ e
solv (23)
e
solv + ClCH2CH2Cl ClCH2CH2 + Cl
(24)
El uso de solventes con potenciales de ionización altos (>10 eV)110
permite
generar cationes radicales capaces de oxidar a un soluto determinado. Se ha postulado
que 2 radicales cationes del solvente estarían implicados en la oxidación, un cation
radical asignado como ClCH2CH2Cl+
o ClCHCH2+
con G = 0.68, y el carbocation
ClCH2CH2+ en su forma lineal o cíclica (cation cloronio) con G = 0.20.
111,112
ClCH2CH2Cl+
/ClCHCH2+
+ S ClCH2CH2Cl/ClCH=CH2 + S+
(25)
50
2.6. Resonancia Magnética Nuclear de Protones, 1H−NMR
La caracterización de los fotoproductos metaestables de la fotorreducción de los
sustratos, se realizaron usando técnicas de 1H−NMR uni- y bidimensionales en un
espectrómetro Bruker Avance DRX-300 (300 MHz). Las muestras se prepararon
disolviendo el sustrato en acetonitrilo deuterado (CD3CN), purgando las soluciones por
20 minutos con Ar, y adicionando la correspondiente amina, de modo de generar el
fotoproducto metaestable. Durante la fotorreducción en el mismo tubo de NMR,
irradiando a 366 nm, se registraron varios espectros 1H−NMR a distintos tiempos, hasta
que no ocurren más cambios en el espectro. Este procedimiento ha sido usado
exitosamente para otros sistemas similares,25,31
registrándose los respectivos espectros
bidimensionales (COSY) para la caracterización de los fotoproductos.
2.7. Cálculos mecanocuánticos semiempíricos
Las estructuras geométricas de los radicales hidrogenados y los aniones radicales
fueron optimizadas empleando el criterio de mínima energía calculada con el método
mecanocuántico Parametrized Model Number 3 (PM3), usando el programa
HyperChem-8.0 de HyperCube, Inc. Para sistemas radicales con multiplicidad 2 se usó
Unrestricted Hartree–Fock (UHF). Para los aniones (sistemas de capa cerrada, con
multiplicidad 1), se usó Restricted Hartree–Fock (RHF), como se realizó para
oxoisoaporfinas anteriormente.67,113
De esta manera se calcularon las entalpías de
formación (Hf, kcal mol−1
) y densidades de carga para cada una de las especies.
51
2.8. Espectrometría de masas
Las mediciones para 3-aza-oxoisoaporfinas se realizaron en un espectrómetro de
masas Thermo Finnigan MAT modelo 95XP, mediante el uso de inyección directa de las
muestras recuperadas de las fotorreducciones, con una rampa de temperatura de 40 ºC
min1
entre 23 y 360 ºC durante 8 minutos e ionización por impacto de electrones, EI, de
70 eV. Las masas escaneadas estuvieron entre 200 y 500 Dalton.
Las oxoisoaporfinas recuperadas se disolvieron en acetonitrilo con ácido fórmico
0,1% v/v, y las mediciones se realizaron en un espectrómetro de masas tipo electrospray-
trampa iónica ESI-IT Esquire 4000 (Bruker Daltonics, Inc., MA, EE.UU.), mediante
inyección directa de las muestras en una bomba de Cole-Palmer (IL, EE.UU.) con un
flujo de 3,0 L/min; nebulización a 325 ºC, 10.0 psi y un flujo de gas de 5.0 L/min. Los
espectros de masas se examinaron entre el 20 y 2200 Dalton en polaridad positiva.
3. Resultados y discusión
3.1. Fotólisis estacionaria y determinación de los rendimientos cuánticos de
fotoconsumo en la fotorreducción
En estudios anteriores, se estableció que el mecanismo de fotorreducción de
derivados de oxoisoaporfinas (OIAs) 67
ocurre a través de un proceso de transferencia de
electrón-protón-electrón, en presencia de aminas donoras de H- (Esquema 6). Una
primera etapa involucra un par ión radical formado por transferencia de un electrón
52
desde la amina al estado triplete excitado de las OIAs (kET), seguido por la transferencia
de un protón desde el catión radical de la amina al anión radical de las OIAs (kH+). Esta
transferencia de protón puede ocurrir tanto sobre el nitrógeno como sobre el oxígeno de
la OIA, generando dos radicales distintos en equilibrio. Estos radicales experimentan
una segunda transferencia de electrón (kET’) desde el intermediario más reductor, el
radical de la imina, formando el anión hidrogenado metaestable de las OIAs, y el catión
iminio, que genera aldehídos, aminas secundarias y dietilaminobutadieno (DEAB),
cuando fue usada trietilamina como amina donora de H-.
Esquema 6. Mecanismo de reacción de 3-aza-oxoisoaporfinas y oxoisoaporfinas.
N
X
O
R1R2
h
H2O
kET
k-ET
kH+
k -H+
kET'
+ Et2NCH2CH3
kq O2
kISC
+
Et2NCH2CH3
N
X
O
R1R2
+
N
X
O
H
R1R2
Et2NCH-CH3
+ Et2N=CHCH3
+
Et2NCH=CH-CH=CH2
A
A1
A3 *
*
CH3CHO Et2NH2+
+
+
A1: X = N; R1 = H-; R2 = H-
A2: X = N; R1 = -CH3; R2 = H-
A3: X = C; R1 = H-; R2 = H-
A4: X = C; R1 = H-; R2 = CH3O-
+
N
X
O
H
R1R2
Et2NCH-CH3
A
ANH AOH
ANH / AOH
53
Los sustratos 3-AOIA (A1) y 2-Me-3-AOIA (A2), presentados en el Esquema 2,
son fotoestables bajo luz de 366 nm, tanto en soluciones oxigenadas como saturadas con
argón, en distintos solventes. Soluciones de los sustratos, conteniendo aminas donoras
de H- (TEA o TPA)en presencia de oxígeno, muestran pequeños cambios espectrales
a longitudes de onda bajo los 300 nm, evidenciando la formación de productos de
oxidación de la amina, sin consumir el sustrato. Este consumo de la amina puede
atribuirse a la reacción de esta con oxígeno molecular singulete generado por
fotosensitización con los estados triplete excitados de las 3-AOIAs (Ecuaciones 26 y
27). Los rendimientos cuánticos de generación de oxígeno molecular singulete medidos
para 3-aza- y oxoisoaporfinas en acetonitrilo y otros solventes, son unitarios (Φ∆ =
1),114,115
indicando que los rendimientos cuánticos de tripletes T también lo son.
3AOIA* +
3O2 AOIA +
1O2 (26)
1O2 + TEA Productos de oxidación de la amina (27)
Al no existir fotoconsumo de las 3-AOIAs en soluciones aireadas, y la ausencia
de fluorescencia (Φf < 10−4
),115
queda de manifiesto que las fotorreacciones ocurren
desde el estado triplete excitado de los sustratos.
Por otra parte, los sustratos fotorreducen eficientemente cuando son irradiados en
presencia de trietilamina, en el solvente saturado con argón, observándose cambios
espectrales significativos a los pocos segundos después de iniciada la irradiación (Figura
1). Sin embargo, cuando las fotólisis de A1 y A2 se llevan a cabo en la presencia de
54
DABCO o TMP (aminas no donoras de H-), no se observan cambios en los espectros,
incluso después de transcurridas más de 4 horas de fotólisis, tiempo más que suficiente
para completar la fotoconversión de las 3-AOIAs en presencia de TEA (amina donora de
H-).
Figura 1. Espectros de absorción de (A) 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) 77 M con
TEA 2 mM; (B) 3-aza-oxoisoaporfina (A1) 46 M con TEA 24 mM; Espectros iniciales
(), al final de las fotólisis () y después de la admisión de aire (). En los insertos
las flechas muestran los incrementos y decrecimientos de las bandas de absorción
durante las fotólisis.
250 300 350 400 450 500
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
B
Ab
so
rba
ncia
Longitud de onda [nm]
A
250 300 350 400 450 500
0,0
1,0
2,0
3,0
250 300 350 400 450 500
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
55
La fotorreducción de las 3-aza-oxoisoaporfinas A1 y A2 en presencia de TEA,
resulta en la aparición de nuevas bandas de absorción con puntos isobésticos en 292,
370, 378 y 387 nm en el caso de A1 y en 293, 369, 376 y 394 nm para A2, indicando la
formación de sólo un fotoproducto metaestable, como se comprobó posteriormente por
experimentos de 1H−NMR (Sección 3.2). Para los fotoproductos, los coeficientes de
absorción molares, ε, fueron estimados calculando las razones entre las bandas de
máxima absorción del fotoproducto y de las 3-AOIAs originales en acetonitrilo, siendo
ε450 = 5530 y ε470 = 6240 M−1
cm−1
para los aniones hidrogenados A1H− y A2H
−,
respectivamente.
Las muestras fotolizadas de ambos sustratos, 3-AOIA y 2-Me-3-AOIA, revierten
lentamente por una reacción térmica en la oscuridad a los sustratos originales, y
rápidamente si se admite O2 en el medio. Como los fotoproductos son metaestables, y
altamente sensibles a la presencia de oxígeno, fue imposible aislarlos. Sin embargo,
mediante experimentos de 1H−NMR fue posible la caracterización completa de los
aniones hidrogenados de las dos 3-aza-oxoisoaporfinas.
Los rendimientos cuánticos de fotoconsumo fueron obtenidos determinando las
velocidades iniciales de fotoconsumo, usando Aberchrome
540 como actinómetro, y
asumiendo una relación estequiométrica entre los sustratos 3-AOIAs y sus respectivos
fotoproductos, basándonos en los puntos isobésticos observados que indican la presencia
de un único fotoproducto, como se comprobó posteriormente con los experimentos de
NMR. Estos rendimientos cuánticos de fotoconsumo (pc) dependen de la relación
56
molar entre la amina y los sustratos, y son cercanos a la unidad ( 1) cuando la
relación molar [TEA]/[3-AOIAs] es mayor a 300 para A1, y mayor a 10 para A2.
Las fotorreacciones se realizaron en distintos solventes: acetonitrilo (polar),
metanol (polar prótico), benceno (apolar-π) y ciclohexano (apolar). Para A1 el
comportamiento fotoquímico en presencia de TEA es el mismo e independiente del
solvente utilizado, apreciándose solamente pequeñas diferencias en las estructuras de las
bandas de absorción del fotoproducto sobre los 400 nm, y leves cambios en la posición
de los puntos isosbésticos observados durante las fotólisis, con un rendimiento cuántico
de fotoconsumo cercano a la unidad (Φpc ≈ 1) en todos los solventes. Para el sistema A2
– TEA (Figura 2) se observan pequeñas diferencias espectrales entre los experimentos
realizados en los diferentes solventes, al igual que para A1, sin embargo el rendimiento
cuántico de fotoconsumo, Φpc, aumenta con la polaridad del solvente de 0.74 en
ciclohexano hasta 0.97 en acetonitrilo. Una pequeña diferencia estructural, como lo es la
presencia de un grupo metilo en posición 2, estabilizaría la carga negativa deslocalizada
en los anillos aromáticos, favoreciendo un estado de transferencia de carga (o de
electrón) en un medio más polar. Estos resultados correlacionan con el parámetro
empírico de polaridad del solvente EN
T,116
como se muestra en la Tabla 1. Cabe
mencionar que en todos los solventes los fotoproductos de ambos sustratos revierten a
las 3-AOIAs originales.
57
Figura 2. Espectro inicial de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) en presencia de TEA
(−−), al final de la fotólisis (−−), y después de la admisión de aire al medio (−−) en: (a)
ciclohexano, (b) benceno, y (c) metanol. En los insertos se muestran los espectros
obtenidos durante las fotólisis en los respectivos solventes.
0
1
2
250 300 350 400 450 500 550 600
0
1
2
C6H
6
Ab
so
rba
ncia
MeOH
Longitud de onda [nm]
0
1
2
C6H
12
300 400 500
0
1
2
300 400 500
0
1
300 400 500
0
1
2
58
Tabla 1. Rendimientos cuánticos de fotoconsumo, Φpc, para 3-aza-oxoisoaporfina (A1) y
2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2), en la presencia de TEA.
Solvente
(EN
T)a
bΦpc
3-AOIA
(A1)
2-Me-3-AOIA
(A2)
Acetonitrilo
(0.460) 0.98 ± 0.02 0.97 ± 0.03
Metanol
(0.762) 0.97 ± 0.03 0.91 ± 0.01
Benceno
(0.111) 0.99 ± 0.01 0.82 ± 0.01
Ciclohexano
(0.006) 0.99 ± 0.01 0.74 ± 0.02
a Parámetro empírico de la polaridad del solvente E
NT.
116
bΦpc calculados como el valor promedio del fotoconsumo de las 3-AOIAs medidos
en 326 nm y el rendimiento cuántico de fotoproducto medido en 450 y 470 nm
para A1 y A2, respectivamente. (Sección Metodologías).
Considerando el mecanismo reportado para 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas y
oxoisoaporfinas, mostrado en el Esquema 1 y 6 respectivamente, y el comportamiento
general observado para las fotorreducciones de las 3-AOIAs, se puede inferir que el
mecanismo de fotorreducción de estos sustratos tiene que ser prácticamente el mismo.
De este modo se pueden establecer las ecuaciones cinéticas del Esquema 7, en donde la
transferencia fotoinducida de electrones (PET) desde un donor, como una amina alifática
terciaria, hacia un sustrato en su estado triplete, forma un par ión radical en contacto en
estado triplete (3CRIP) que puede seguir dos caminos; Una vía de decaimiento es la
transferencia de un protón desde el catión radical de la amina al anión radical del
sustrato, formando un par radical geminado que puede o no conservar el espín (GRP). El
59
otro camino posible es la separación difusional del par ión radical en contacto para
generar el par ión radical separado por solvente, perdiendo la correlación de espín
(SSRIP). Esta separación se vería favorecida en solventes polares capaces de separar
cargas.
0A + h
1A
* (28)
kIC
1A
*
3A
* (29)
kET
3A
* + R2N-CH2R’ [A
,R2N
-CH2R’]
3 (30)
k−ET
[A
,R2N
-CH2R’]3
0A + R2N-CH2R’ (31)
kH+
[A
,R2N
-CH2R’]3 [AH
+ R2N-C
HR’]
3 (32)
k−H+
kET
[AH + R2N-C
HR’]
3 AH
+ R2N
=CHR’ (33)
kH
[AH + R2N-C
HR’]
3
0A + R2N-CH2R’ (34)
Esquema 7. Ecuaciones con la descripción del mecanismo de fotorreducción de
derivados de oxoisoaporfinas.
60
Considerando este mecanismo se puede derivar la Ecuación 35 para el
rendimiento cuántico de fotoconsumo (Φpc), considerando el rendimiento cuántico de
tripletes, T, y el tiempo de vida intrínseco del mismo estado excitado ° = 1/k0, donde
k0 es la constante cinética de desactivación de estado triplete excitado.
amina
amina
ET0H
ETH
T
pckkkk
kk
ET
(35)
Esta ecuación da cuenta de la dependencia del rendimiento cuántico de
fotoproducto con la concentración de amina (Figura 3) y considera todos los procesos en
que participa el estado triplete excitado de los sustratos; (kET) es la constante cinética de
apagamiento del triplete por transferencia de electrón, con la formación del par ión
radical (Ecuación 30). La constante de retrotransferencia de electrón (kET), que
conduciría a la recuperación de los sustratos (Ecuación 31), y la constante de
transferencia de protón (kH+) que conduce a la formación del radical neutro hidrogenado
(Ecuación 32), el que en una segunda transferencia de electrón, mucho más rápida, daría
cuenta de la formación del anión hidrogenado fotoproducto (Ecuación 33). En el
mecanismo también se considera la disproporcionación del par radical (kH) (Ecuación
34), sin embargo, se estima que esta constante de velocidad es muy pequeña en relación
a la velocidad de transferencia del segundo electrón para formar el anión hidrogenado
metaestable.
61
En el siguiente gráfico se puede observar la dependencia del rendimiento
cuántico de fotoconsumo con la concentración de amina utilizada (TEA), para ambas 3-
AOIAs.
Figura 3. Dependencia del rendimiento cuántico de fotoproducto, Φpc, con la
concentración de TEA para 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) 80 M (□), y 3-aza-
oxoisoaporfina (A1) 0.1 mM (○) (inserto), en acetonitrilo como solvente.
El recíproco del rendimiento cuántico de fotoproducto indica un relación lineal
(Ecuación 36, Figura 4), con una razón intercepto/pendiente = kET 0, donde 0
es el
tiempo de vida del estado triplete excitado en ausencia de amina.
0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
pc
[TEA]M
0,00 0,02 0,04 0,06
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
pc
[TEA] M
62
amina
1
1 + 1
+ 10
ETH
T
HET-
pc kk
kk
(36)
Figura 4. Gráfico de dobles recíprocos para (A) 3-aza-oxoisoaporfina (A1) 0.1 mM (□).
(B) 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) 80 M (○).
Considerando un rendimiento cuántico de triplete unitario (ΦT = 1)
115, del gráfico
de dobles recíprocos (Figura 4) es posible determinar la razón entre las constantes de
velocidad de trasferencia del protón y de la retrotransferencia del electrón kH+/kET para
la desactivación de los iones radicales formados. Los valores estimados de estas gráficas
son de 6.3 y 330 para 3-AOIA y 2-Me-3-AOIA, respectivamente. Estos valores indican
0
1
2
3
0 5000 10000 15000 20000
0 100000 200000 300000 400000
0
4
8
12
[TEA]-1M
-1
1/pc
A
[TEA]
-1M
-1
B
63
que la velocidad de la transferencia del protón desde el catión radical de la amina al
anión radical de los sustratos es más rápida que la retrotransferencia del electrón
transferido en la primera etapa de la fotorreducción, resultado compatible con la
inversión del espín electrónico necesaria para que ocurra la retrotransferencia (Ecuación
31).
Suponiendo constantes de retrotransferencia electrónica similares para los
aniones radicales de ambos compuestos, la velocidad de transferencia del protón sería 50
veces mayor para A2 comparada con la 3-aza-oxoisoaporfina no sustituida. Este efecto
es más notorio para este derivado probablemente por una mayor reactividad del anión
radical formado, debido al grupo metilo ubicado en la posición 2 de la molécula, que por
deslocalización de la carga a través de la estructura aromática, aumentaría la densidad
electrónica sobre el átomo de O carbonílico que se encuentra en la posición 7, o en los
átomos de N del anillo. Esto se traduciría en que la transferencia del protón desde el
catión radical de la amina al anión radical del sustrato, para formar el radical
hidrogenado, es más rápida para el sustrato metilado. Incluso sería posible un equilibrio
para la transferencia del protón, entre el par ión radical y el par radical, que estaría
desplazado hacia la formación del par radical en el caso de 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina, como queda establecido en la Ecuación 32 del Esquema 7.
64
3.2. Caracterización de los fotoproductos. Experimentos de 1H−NMR
3.2.1. Intercambio de hidrógeno por deuterio
Al llevar a cabo las fotorreducciones de A1 y A2, con un exceso de amina
([amina]/[3-AOIAs] > 8) en soluciones de acetonitrilo deuterado saturado con Ar,
permite seguir el curso de las reacciones por espectroscopia 1H−NMR. De este modo,
logramos la caracterización de los fotoproductos metaestables. Se hicieron experimentos
en presencia de TEA y tripropilamina (TPA) para pesquisar los fotoproductos de
oxidación de estas y con trietilamina perdeuterada TEAd-15 a fin de dilucidar a que
átomo, nitrógeno u oxígeno, se enlaza el H- transferido desde la amina.
En estos experimentos de 1H−NMR es posible observar la desaparición gradual
de las señales de las 3-AOIAs y la aparición concomitante de nuevas señales a alto
campo. El desplazamiento químico observado puede ser atribuido a la formación de
fotoproductos cargados negativamente, con la carga deslocalizada a través de toda la
estructura de los sustratos.
Después de la fotoconversión completa de las muestras fotolizadas de 3-aza-
oxoisoaporfina con TEA (Figura 5-B), se observan claramente las señales del
fotoproducto, las que fueron asignadas con la ayuda de técnicas bidimensionales de
espectroscopía de correlación (COSY), y se muestran en la Tabla 2.
Considerando el mecanismo propuesto, se esperaba la aparición de una nueva
señal debido a la transferencia de un H- desde catión radical la amina a alguno de los
65
heteroátomos del anión radical de A1, generando un enlace N-H u O-H lábil, el que
debería ser intercambiado por D en presencia de D2O. Sin embargo para este sustrato, no
observamos esta nueva señal.
Como se puede observar en la Figura 5-D, después de la adición de D2O, y al
almacenar la muestra en la oscuridad por 24 horas, es posible ver que las señales del
fotoproducto, correspondiente al H en posición 4 (H-4) a 6.09 ppm desaparece y la
correspondiente a H-6 en 7.24 ppm disminuye en su integración, además de un cambio
en la multiplicidad de la señal H-5 en 7.01 ppm desde triplete a singulete.
Después de la admisión de aire en la muestra, se observa la recuperación de todas
las señales del espectro original de A1 (Figura 5-E). Sin embargo, las señales de los H-4
y H-6 presentan menor integración, y la señal del H-5 que inicialmente era un triplete,
ahora es un singulete. Estos cambios son concordantes con un intercambio isotópico en
las posiciones 4 y 6 de la molécula. El intercambio isotópico en la posición 4 fue
confirmado redisolviendo la muestra en CDCl3, donde es posible ver separadas las
señales de H-4 y H-8 (Figura 6).
66
Figura 5. Espectros 1H−NMR adquiridos durante la fotorreducción de 3-aza-
oxoisoaporfina (A1) (≈ 4 mM) por TEA (≈ 35 mM), y efectos después de la adición de
D2O. (A) Espectro inicial en presencia de TEA, t = 0; (B) Espectro al final de la
fotólisis, t = 30 minutos; (C) Mezcla de fotorreducción después de la adición de 10 μL
de D2O; (D) Espectro después de mantener la muestra almacenada 24 h en la oscuridad;
(E) Espectro después de admitir aire en el tubo de resonancia magnética nuclear.
N
N
O
1
2
34
5
6
7
8
9
10
11
A
B
C
D
E
67
Figura 6. Espectros 1H−NMR/CDCl3: (A) 3-aza-oxoisoaporfina inicial. (B) A1
recuperada después de la fotorreducción, adición de D2O, y admisión de aire en la
muestra.
El comportamiento de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina es muy parecido al de A1,
con un desplazamiento similar, a alto campo, de las señales correspondientes a los
protones aromáticos, apareciendo claramente la señal esperada para el protón lábil a 8.62
ppm, integrando para 1, señal que desaparece inmediatamente después de la adición de
D2O (Figura 7-B y 7-C). Esta señal es atribuible al protón transferido desde la amina a
alguno de los heteroátomos de la 3-AOIA durante la fotorreducción, lo que fue
comprobado al realizar la fotorreducción en presencia de TEAd-15, (Sección 3.3).
A
B
68
Figura 7. (A) Espectro a tiempo inicial de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) con TEA, t
= 0; (B) Al final de la fotólisis, t = 10 minutos; (C) Adición de D2O a la mezcla de
fotorreducción; (D) Muestra con D2O después de 48 horas almacenada en la oscuridad;
(E) Espectro después de la admisión de aire en el tubo de resonancia magnética nuclear.
Al igual que para A1, almacenando la muestra en presencia de D2O en la
oscuridad por 48 horas (Figura 7-D), se observa la desaparición casi completa de la señal
H-4 en 6.07 ppm, la disminución en la integración de la señal H-6 en 7.23 ppm, y
cambio en la multiplicidad de la señal H-5 en 7.04 ppm, para el fotoproducto. En el
espectro obtenido después de la recuperación del sustrato por admisión de aire en el
6.06.57.07.58.08.59.0 ppm
t=0 /TEA
t=10 min h/TEA
t=10min
h/TEAd-15
t=10 min h/TPA
Admisión de aire
cuando TEAd-15
fue usada
N
N
O
1
2
34
5
6
7
8
9
10
11
CH3
1/3
1/1
1/1
A
B
C
D
E
69
medio, se observa que las señales en 8.25 (H-4) y 8.48 (H-6) integran para 0.4 y 0.8,
respectivamente, además del cambio de la multiplicidad de H-5, revelando claramente
que ocurre un intercambio isotópico H/D en las posiciones 4 y 6 de la molécula (Figura
7-E).
Tabla 2. Asignación de las señales de 3-aza-oxoisoaporfina (A1), 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina (A2), y de sus respectivos fotoproductos metaestables (aniones
hidrogenados AH−) en
1H−NMR.
Desplazamiento químico y multiplicidad
[ ppm,[a]
(multiplicidad)]
Posición A1 A1H− A1
[b] A2 A2H
− A2
[b]
2 9.50 (s) 7.31 (s) -2.19 --- --- ---
4 8.38 (d) 6.09 (d) -2.29 8.25 (d) 6.07 (d) -2.18
5 8.19 (t) 7.01 (t) -1.18 8.11 (t) 7.04 (t) -1.07
6 8.58 (d) 7.24 (d) -1.34 8.48 (d) 7.23 (d) -1.25
8 8.40 (d) 8.10 (d) -0.30 8.38 (d) 8.10 (d) -0.28
9 7.82 (t) 7.40 (t) -0.42 7.82 (t) 7.40 (t) -0.42
10 7.92 (t) 7.31 (t) -0.61 7.92 (t) 7.29 (t) -0.63
11 8.90 (d) 8.39 (d) -0.51 8.88 (d) 8.50 (d) -0.38
CH3 --- --- --- 2.94 (s) --- ---
H-Lábil --- --- --- --- 8.62 (s, ancho)[c]
--- [a]
En ppm relativo a TMS. [b]
Diferencias en los desplazamientos químicos (
fotoproducto AH− - reactante A).
[c]El hidrógeno lábil fue observado sólo para A2.
Cuando 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina es fotolizada en presencia de TEAd-15, la
señal en 8.62 ppm, atribuida al H lábil transferido desde el catión radical de la amina,
integra sólo para 0,3 protones (Figura 8-C), no así como cuando la fotorreducción
ocurría en presencia de TEA (Figura 8-B) o tripropilamina (TPA, otra amina donora de
H-, Figura 8-D), donde la integración de esta señal es 1. Además, después de admitir
O2 en el medio, se recuperan completamente las señales del sustrato original, indicando
70
claramente que la transferencia de protón desde la amina al sustrato es hacia uno de los
heteroátomos de este y no sobre el esqueleto aromático. Si la transferencia de protón o
hidrógeno ocurriese sobre alguno de los carbonos del esqueleto aromático, se esperaría
una disminución en la integración correspondiente a estos protones (Figura 8-C y 8-E).
Figura 8. (A) Espectro 1H−NMR antes de la fotólisis de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina
(A2); (B) Mezcla de fotorreducción con TEA a t = 10 min; (C) Fotorreducción con
TEAd-15; (D) Fotólisis con tripropilamina (TPA); (E) Espectro de la muestra recuperada
después de la admisión de aire en el medio cuando fue usada TEAd-15.
El intercambio isotópico ocurrido en las posiciones 4 y 6 de los dos sustratos, en
presencia de D2O, fue confirmado por experimentos de espectrometría de masas. Para
A1 se detectaron los siguientes iones moleculares: m/z = 232 (6%), 233 (30%) y 234
A
B
C
D
E
71
(64%), para el sustrato original y los productos mono y bideuterado, respectivamente.
Para A2 se encontraron los siguientes iones moleculares: m/z = 246 (10%), 247 (68%) y
248 (22%), para el sustrato original y los productos mono y bideuterado,
respectivamente.
Este intercambio isotópico selectivo de deuterio en las posiciones 4 y 6 de los
fotoproductos de las 3-AOIAs durante el almacenamiento en la oscuridad con D2O, es la
característica más interesante que hemos visto para estos compuestos y no había sido
observado anteriormente para otros sistemas. Esto implica que el intercambio puede
ocurrir con los otros derivados previamente estudiados, 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas y
oxoisoaporfinas, agregando como variables; la ausencia de un átomo de nitrógeno en las
OIAs y la saturación de las posiciones 2 y 3 en las 2,3-DHOIAs.
Para las oxoisoaporfinas A3 y A4 el comportamiento fue el mismo que para las
3-AOIAs, ocurriendo un completo intercambio isotópico en las posiciones 4 y 6 de los
sustratos (Figura 9). Los resultados de espectrometría de masas detectan la presencia de
las siguientes especies protonadas (M+H)+: m/z = 232(10%); 233(19%) y 234(71%) para
A3 original y los productos mono y bideuterado, respectivamente. Para A4 se
encontraron las especies protonadas (M+H)+
m/z = 262(2%); 263(5%) y 264(93%). En
contraste, para 2,3-DHOIA y 5-MeO-2,3-DHOIA no ocurrió el intercambio isotópico.
72
Figura 9. (A) Espectro 1H−NMR inicial de oxoisoaporfina (A3); (B) A3 recuperada
después de la fotorreducción, adición de D2O, y admisión de aire en la muestra; (C)
Espectro 1H−NMR inicial de 5-metoxi-oxoisoaporfina (A4); (D) A4 después del
intercambio isotópico.
Los experimentos 1H−NMR muestran evidencia de una transferencia de H desde
la amina a las 3-AOIAs, con el H enlazado a alguno de los heteroátomos. Recientemente
publicamos un estudio de la estabilidad termodinámica de los posibles radicales
hidrogenados y sus respectivos aniones generados después de la segunda transferencia
A
B
C
D
73
de electrón.113
Los posibles radicales hidrogenados sobre alguno de los heteroátomos se
muestran en el Esquema 8.
Esquema 8. Estructura de los posibles radicales hidrogenados (AH•) de 3-aza-
oxoisoaporfina (R = H) y 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (R = CH3). Los átomos de H
explicitados son aquellos transferidos desde el catión radical de la amina.
La estructura de los radicales AH• y sus aniones derivados, AH−, se optimizaron
geométricamente usando PM3 y las entalpías de formación fueron evaluadas
descartando el efecto del solvente. Estos cálculos se realizaron utilizando la
minimización UHF de capa abierta (Tabla 3). Para ambas 3-AOIAs el radical más
estable es aquel formado por protonación sobre el átomo de O, A-OH•, seguido en
estabilidad por protonación sobre N3, A-N3H•, y N1, A-N1H•. Para los aniones el orden
de estabilidad es el mismo, sugiriendo que 3-AOIAs son preferentemente protonadas
sobre el átomo de oxígeno. Todo esto explicaría el intercambio H/D en las posiciones 4
y 6 de las moléculas fotoproductos 3-AOIAs, por un aumento de la densidad de carga en
estas posiciones (Esquema 5).
N
N
HO
R
N
HN
O
R
NH
N
O
R
A-N1H A-N3H A-OH
74
Tabla 3. Entalpías de formación calculadas, ∆Hf (kcal/mol), para radicales hidrogenados
de 3-AOIAs y OIAs, AH, y aniones fotoproductos, AH−. Diferencia en densidad de
carga, ∆(CD), entre los fotoproductos AH− y los precursores A.
Esquema 9. Estructuras resonantes de los aniones hidrogenados metaestables AOH
mostrando la deslocalización en las posiciones 4 y 6. El hidrógeno sobre el átomo de
oxígeno sería el -H transferido desde la amina a las 3-AOIAs y OIAs durante la
fotorreducción.
N
X
OH
N
X
OH
N
X
OH
R1R1 R1R2 R2 R2
A1: X = N; R1 = -H; R2 = -H
A2: X = N; R1 = -CH3; R2 = -H
A3: X = C; R1 = -H; R2 = -H
A4: X = C; R1 = -H; R2 = -OCH3
3-aza-oxoisoaporfinas Oxoisoaporfinas
A1 A2 A3 A4
Especie
∆H°f
(kcal/mol)
A1N1H•
40.90
A1N3H•
40.26
A1OH•
37.67
A2N1H•
31.16
A2N3H•
30.40
A2OH•
28.15
A3N1H•
45.45
A3OH•
47.64
A4N1H•
7.84
A4OH•
10.22
A1N1H−
-5.89
A1N3H−
-7.82
A1OH−
-9.18
A2N1H−
-14.96
A2N3H−
-16.99
A2OH−
-16.35
A3N1H−
-6.92
A3OH−
-9.54
A4N1H−
-45.33
A4OH−
-48.83
Número
de átomo
∆(CD) AH− - A
N1 0.235 0.112 -0.178 0.233 0.119 -0.182 0.213 -0.183 0.226 -0.162
C2 -0.078 -0.225 0.049 -0.084 -0.233 0.040 -0.083 0.059 -0.085 0.054
N3 / C3 -0.058 0.168 -0.186 -0.045 0.181 -0.164 -0.054 -0.181 -0.054 -0.179
C4 -0.014 -0.067 -0.238 -0.012 -0.068 -0.217 -0.026 -0.236 0.011 -0.223
C5 -0.128 -0.111 0.094 -0.129 -0.109 0.069 -0.125 0.081 -0.128 0.095
C6 0.017 0.005 -0.258 0.020 0.006 -0.208 0.017 -0.226 0.020 -0.286
C7 0.015 0.017 -0.468 0.014 0.017 -0.483 -0.761 -0.506 0.009 -0.492
C8 0.058 0.038 -0.074 0.058 0.038 -0.118 0.056 -0.126 0.056 -0.083
C9 -0.154 -0.132 -0.004 -0.154 -0.131 0.024 -0.148 0.030 -0.147 0.005
C10 0.022 0.000 -0.124 0.023 0.001 -0.146 0.017 -0.151 0.015 -0.128
C11 -0.131 -0.092 0.050 -0.130 -0.09 0.071 -0.118 0.073 -0.117 0.052
75
Si bien, para las OIAs se reportó la presencia de 2 radicales hidrogenados, AOH•
y ANH•,67
el intercambio isotópico en posiciones 4 y 6, sólo se explica con la formación
del radical hidrogenado sobre el átomo de oxígeno (AOH•), el que se encontraría en
equilibrio con el radical ANH•, que no conduciría al intercambio H/D debido a que la
hidrogenación en este heteroátomo provoca un aumento en la densidad de carga en la
posición 5.
Estos resultados de cálculos semiempíricos pueden ser racionalizados de una
manera mucho más simple, considerando las estructuras resonantes de los aniones
hidrogenados sobre el átomo de oxígeno o el de nitrógeno. Si la hidrogenación ocurre
sobre el oxígeno, después de la transferencia del segundo electrón se formaría el anión
hidrogenado AOH, estructura sobre la cual es posible reordenar y localizar una carga
negativa en las posiciones 4 y 6, mientras que para aniones hidrogenados en cualquiera
de los nitrógenos ANH, la localización de la carga negativa ocurre en la posición 5 o en
los carbonos cabeza de puente.
La localización de cargas negativas sobre las posiciones 4 y 6 explicaría el
intercambio isotópico como una sustitución electrofílica aromática de H por D.
Para las 2,3-DHOIAs, sólo se obtiene el fotoproducto hidrogenado sobre el
N,31,32
el que puede localizar una carga negativa sobre el oxígeno carbonílico, en la
posición 5 y en los carbonos cabeza de puente. Sin embargo para estos compuestos sólo
se observó el H lábil, descartando así la protonación en cualquier otra posición,
76
explicando que no haya intercambio H/D en estas especies después de la reacción de
recuperación.
Estos resultados concuerdan con el mecanismo de fotorreducción que considera
la transferencia secuencial de electrón-protón-electrón propuesto anteriormente para
oxoisoaporfinas y 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas, destacando que la diferencia entre estas
familias de compuestos radica en el heteroátomo que recibe el protón donado por la
amina.
Entonces, el proceso de intercambio isotópico se puede resumir en el Esquema
10, que muestra de forma general el intercambio isotópico de H/D en las posiciones 4 y
6 de los sustratos, a través de la formación del anión metaestable, deuterado sobre el
átomo de O, cuando la fotorreducción ocurre en presencia de TEAd-15, y la muestra es
almacenada en la oscuridad en presencia de D2O, para OIAs y 3-AOIAs.
N
X R1
O
N
X R1
OD
h/ (C2D5)3N D
2ON
X R1
O
D
D- D+
R2 R2 R2
X = N, CH; R1 = H, CH3; R2 =H, OCH3
Esquema 10. Intercambio isotópico selectivo de H por D para las oxoisoaporfinas y 3-
aza-oxoisoaporfinas.
77
3.3. Caracterización de los intermediarios transientes de 3-aza-oxoisoaporfinas
involucrados en la fotorreducción. Láser flash fotólisis y radiólisis de pulso
Los resultados concernientes a las especies transientes involucradas en la
fotorreducción de oxoisoaporfina y 5-metoxi-oxoisoaporfina fueron publicados
previamente.67
En aquel trabajo concluimos que el mecanismo de fotorreducción para
estas oxoisoaporfinas en presencia de aminas ocurre con la transferencia de electrón-
protón-electrón, y es muy similar al mecanismo de fotorreducción reportado para 2,3-
dihidro-oxoixoaporfinas.32
Las primeras etapas incluyen la excitación, desde el estado
fundamental de las oxoisoaporfinas al primer estado singulete excitado, seguido de un
cruce entre sistemas hacia el estado triplete excitado de menor energía. Como resultado
de una transferencia de electrones entre el estado triplete excitado de los sustratos y las
aminas se generan pares iones radicales separados por solvente. En presencia de aminas
no donoras de H- (TMP, DABCO) estas especies experimentan una eficiente
retrotransferencia de electrones que conducen al sustrato de partida. En cambio, en
presencia de aminas donoras de H-, los pares ión radical separados por solvente, o bien
aniones radical aislados, experimentan protonación que lleva a la formación de radiales
neutros hidrogenados con dos posibles sitios de protonación, sobre el átomo de N y/o O,
resultando en la formación de dos tipos de radicales, ANH y AOH, respectivamente.
Finalmente, por transferencia de un segundo electrón se forma un fotoproducto
metaestable, el anión hidrogenado del sustrato, capaz de revertir a la oxoisoaporfina
78
original en la oscuridad o por admisión de aire al medio de reacción (Esquema 6 y
ecuaciones del Esquema 7).
Considerando este mecanismo, se realizaron los experimentos de láser flash
fotólisis con el fin de obtener los espectros de absorción de los intermediarios transientes
de las 3-AOIAs (triplete, anión radical y radical hidrogenado), que se forman en cada
etapa durante la fotorreducción en presencia de aminas. Los aniones radicales y radicales
hidrogenados fueron generados por radiólisis de pulso, en las condiciones apropiadas, a
fin de comparar los espectros de absorción con los obtenidos por láser flash fotólisis,
obteniéndose una muy buena concordancia entre ambas técnicas.
3.3.1. Estados triplete excitados
Los espectros de absorción triplete-triplete obtenidos 1s después del pulso del
láser en soluciones saturadas con Ar de A1 y A2, usando acetonitrilo como solvente,
muestran bandas de absorción entre 410 y 440 nm (Figura 10), para ambos sustratos.
Estos transientes decaen con cinéticas de primer orden con tiempos de vida de 20 y 27
s, respectivamente.
79
Figura 10. Espectros de absorción triplete-triplete de (A) 3-aza-oxoisoaporfina 80 M, y
(B) 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina 80 M, obtenidos a 1 (□), 5 (○), 10 (), 20 () y 50
s (◊) después del pulso del láser. En los insertos se muestran las cinéticas de
decaimientos a 410 () y 440 nm (), con los tiempos de vida de cada transiente.
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
350 400 450 500 550 600 650 700
0,00
0,01
0,02
0,03
O
D
A
O
D
Longitud de onda [nm]
B
0 20 40 60 80
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
O
D
s
s
0 50 100 150
0,00
0,01
0,02
0,03
O
D
s
s
80
3.3.2. Determinación de las energías de los estados triplete
Se estimó la energía de los estados triplete (ET) de 3-AOIAs y OIAs con el
método de transferencia de energía por láser flash fotólisis. Para este propósito se
determinaron las constantes de apagamiento de las respectivas absorciones TT con
algunos aceptores de energía con ET entre 255 y 146 kJ mol
-1. El proceso de
apagamiento fue monitoreado siguiendo el decaimiento monoexponencial de los tripletes
a 430 nm para 3-AOIAs y a 450 nm para OIAs. Las constantes fueron determinadas
usando la ecuación de Stern-Volmer modificada (Ecuación 3).
Los valores de constantes de velocidad de apagamiento para cada aceptor de
energía se muestran en la Tabla 4 para todos los sustratos.
Tabla 4. Constantes de velocidad de apagamiento y energía de los estados triplete para
las 3-aza-oxoisoaporfinas y oxoisoaporfinas, con los aceptores de energía seleccionados.
Aceptor de energía
Energía del
triplete
kJ mol-1
3A1*
kq (M−1
s−1
)a
3A2*
kq (M−1
s−1
)a
3A3*
kq (M−1
s−1
)a
3A4*
kq (M−1
s−1
)a
Perileno 146 5.2 1010
4.5 1010
2.0 1010
4.1 1010
Azuleno 163 1.9 1010
1.6 1010
1.3 1010
1.3 1010
Rodamina-6G 180 8.4 109 6.3 10
9 6.8 10
9 6.7 10
9
Acridina orange 205 9.4 108 7.5 10
8 7.6 10
8 8.9 10
8
Naftaleno 253 8.7 107 7.7 10
7 1.7 10
8 4.9 10
8
Quinoxalina 255 4.9 107 6.2 10
7 2.4 10
8 1.7 10
7
ET kJ mol
−1 ------ 182.4 ± 4 181.9 ± 4 195.5 ± 3 193.5 ± 3
aLos errores en las kq son menores al 5%.
A modo de ejemplo en el gráfico de la Figura 11 se muestran los valores de
constante de apagamiento kq versus la energía de los tripletes de los apagadores, donde
el intercepto entre las secciones lineales correspondería a la energía del triplete buscada
81
para A3. En todos los procesos de apagamientos por transferencia de energía se observó
un comportamiento lineal de los tiempos de vida con la concentración de los aceptores,
quedando demostrado en el gráfico inserto en la figura, para el apagamiento de 3A3* con
azuleno.
Figura 11. Gráfico de las constantes de velocidad de apagamiento del estado triplete
excitado de oxoisoaporfina 3A3* vs energía del triplete de: a) perileno, b) azuleno, c)
rodamina-6G, d) acridina orange, e) naftaleno y f) quinoxalina. Inserto: Gráfico
representativo del apagamiento de 3A3* por azuleno, de acuerdo a la ecuación de Stern-
Volmer modificada.
140 160 180 200 220 240 260
0
5
10
15
20
1/
x 1
05
[azulene] mM
fed
c
b
a
kq x
10
9 (
M s
-1)
ET (kJ mol
-1)
0.00 0.01 0.02 0.03 0.040
1
2
3
4
5
kq = (1.27 +/- 0.04)x10
10 M
-1s
-1
1/
x 1
05
kq x
10
9 (
M−
1 s
−1)
kq = (1.3 ± 0.04) x 1010 M−1 s−1
[Azuleno] mM
82
Para OIA y 5-MeO-OIA las energías de los estados triplete (ET) son
respectivamente 195.5 ± 3 y 193.5 ± 3 kJ mol−1
.67
La diferencia estructural entre las
OIAs y las 3-AOIAs es que las segundas tienen un átomo de N adicional en la posición 3
de la molécula. Esto sólo disminuye la energía de los estados triplete de las 3-AOIAs
alrededor de 10 kJ mol−1
, con respecto a las OIAs. Sin embargo, los rendimientos
cuánticos de fotoconsumo determinados para las 3-AOIAs (Φpc = 1) son mucho más
altos que para las OIAs (0.25 y 0.41 para A3 y A4, respectivamente)67
cuando la
fotorreducción ocurre en presencia de trietilamina. Para los 4 sustratos se ha
determinado que el rendimiento cuántico de triplete es unitario (ΦT = 1), por lo que el
mayor rendimiento observado para las 3-AOIAs durante la fotorreducción puede ser
atribuido a las etapas que suceden al cruce entre sistemas, es decir a las secuencia de
transferencia de electrón-protón-electrón, más probablemente a la mayor capacidad de
las 3-AOIAs de captar el protón transferido debido a la mayor basicidad otorgada por el
átomo de nitrógeno adicional en la molécula.
3.3.3. Aniones radicales
La caracterización de los aniones radicales de las 3-AOIAs se realizó por
apagamiento de los tripletes con aminas no donoras de H- (DABCO y TMP). Los
gráficos de Stern-Volmer (Ecuación 4) resultaron ser lineales en todos los casos, con
constantes de apagamiento que se encuentran en el límite difusional.
83
Estos experimentos se realizaron a fin de determinar las concentraciones
apropiadas de amina para la generación de los aniones radical de los sustratos. Con estas
aminas no donoras de H-, DABCO y TMP, es posible generar sólo los aniones
radicales, debido a que solamente ocurre la transferencia de electrón desde la amina a las
3-AOIAs (Ecuación 30), generando el par ión radical, el que revierte por
retrotransferencia electrónica a los sustratos de partida.
El anión radical A1
, generado en presencia de DABCO o TMP, presenta un
espectro de absorción con un máximo de absorción en 460 nm, y una banda de absorción
ancha entre 500 y 600 nm, independiente de la amina usada. Sin embargo, los tiempos
de vida de los transientes dependen fuertemente de la naturaleza del donor de electrones.
Para el transiente generado con DABCO el tiempo de vida es de alrededor de 20 s, en
contraste con casi 1ms para el anión radical generado con TMP (Figura 12-A y 12-B).
84
Figura 12. Espectros de absorción del anión radical de 3-aza-oxoisoaporfina 80 M con:
(A) DABCO 10 mM a 1 (□), 5 (○), 10 (), 20 (), 50 (◊) y 150 s () después del
pulso del láser; (B) TMP 14 mM, a 20 s (□), 100 s (○), 500 s () y 1.9 ms ()
después del pulso del láser. En los insertos se muestran las cinéticas de decaimientos a
400 (), 460 () y 540 nm (), con los tiempos de vida de cada transiente.
Como sabemos DABCO y TMP no son capaces de transferir protones alfa, por lo
que el anión radical formado con DABCO, en un solvente polar como acetonitrilo,
formaría un par ión radical separado por solvente detectable por láser flash
fotólisis.117,118
Sin embargo, el largo tiempo de vida observado para el anión radical A1
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
350 400 450 500 550 600 650 700
0,00
0,01
0,02
0,03
O
D
A
O
D
Longitud de onda [nm]
B
0 20 40 60 80
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
= 1 ms
O
D
s
s
0 1 2 3 4
0,00
0,01
0,02
0,03
O
D
/ms
85
formado en presencia de TMP se explicaría por la formación de un par ión radical en
contacto, con una fuerte interacción, posiblemente debida a un enlace de hidrógeno entre
el NH del catión radical de la TMP y el anión radical del sustrato, sin una transferencia
formal del protón, como ocurre en otros sistemas con derivados de TMP,119
o con
aminas donoras de H- como TEA o TPA. Sin embargo esta interacción no modifica en
mayor medida el espectro de absorción con respecto a los obtenidos en presencia de
DABCO y por radiólisis de pulso.
El mismo comportamiento se observó para 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) en,
donde el tiempo de vida para el anión radical del sustrato es alrededor de 20 s en
presencia de DABCO, y 1 ms con TMP.
No es extraño que los aniones radicales de las 3-AOIAs generados con DABCO
exhiban tiempos de vida de alrededor de 20 s, si los comparamos con los tiempos de
vida de alrededor de 50 s observados para los aniones radicales de OIAs y 2,3-DHOIAs
generados con la misma amina.31,32,67
Sin embargo, los tiempos de vida de
aproximadamente 1 ms para las mismas especies generadas con TMP sugiere que
existiría una fuerte interacción entre los aniones radicales de las 3-AOIAs (A−
) con el
catión radical de la amina (TMP
), posiblemente a través de una interacción tipo puente
de hidrógeno con el N-H de la TMP.
La asignación de estos espectros a los respectivos aniones radicales o pares
radicales, fue comprobada con la generación de estas especies en experimentos de
86
radiólisis de pulso en ausencia de aminas. La radiólisis de pulso de los sustratos en
acetonitrilo, en ausencia de amina, saturado con Ar, permitió obtener los espectros de
absorción de los aniones y los cationes radicales de las 3-AOIAs, mientras que en
soluciones saturadas con O2 sólo se observan los cationes radicales de los sustratos, ya
que aniones radicales y electrones solvatados reaccionan con el O2, como se explicó en
la metodología (Figura 13).
De la diferencia entre ambos espectros, obtenidos con Ar y O2 como gases de
saturación, se puede obtener el espectro de absorción en ausencia de especies oxidadas,
en este caso, el espectro de absorción de los aniones radicales de los sustratos sin otros
interferentes. En la Figura 14 se muestran los respectivos espectros obtenidos para los
aniones radicales A1
y A2
a distintos tiempos.
87
Figura 13. Espectros de absorción de transientes obtenidos por radiólisis de pulso para 3-
aza-oxoisoaporfina 0.1 mM en acetonitrilo como solvente, saturado con: (A) Ar a 0.05
(□), 0.32 (○), 3.2 (), 20 () y 60 s (◊); (B) O2 a 3.2 (□), 10 (○), 20 () y 60 s (),
después del pulso de electrones.
0,0
0,4
0,8
1,2
350 400 450 500 550 600
0,0
0,3
0,6
0,9
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3A
Longitud de onda [nm]
B
88
Figura 14. Espectros de absorción del anión radical de 3-aza-oxoisoaporfina, A1
,
calculados por las diferencias de los espectros obtenidos por radiólisis de pulso de
soluciones de 3-AOIA 0.1 mM saturadas con Ar y O2, (A) a 0.48 (□), 4 (○), 20 () y 80
s () después del pulso de electrones. (B) Espectros de absorción del anión radical de
2-metil-3-aza-oxoisoaporfina, A2
, a 0.6 (□), 4.8 (○), 16 () y 60 s () después del
pulso de electrones, obtenidos de la misma forma.
0,3
0,6
0,9
1,2
350 400 450 500 550 600
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
A
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
Longitud de onda [nm]
B
89
Los espectros de absorción transientes para los aniones radicales A1−
y A2−
muestran transientes con máximos localizados en 470 nm, y bandas anchas entre 500 y
600 nm, los que fueron inequívocamente identificados como sus respectivos aniones
radicales, con tiempos de vida de 20 y 11s, para A1
y A2
respectivamente. Estos
tiempos son comparables con aquellos observados para los aniones radicales generados
con DABCO en experimentos de láser flash fotólisis, confirmando el carácter de SSRIP.
Además, los espectros de absorción observados por láser flash fotólisis y radiólisis de
pulso son muy parecidos en su forma con un máximo que difiere en sólo 10 nm. Esto
indica que las interacciones con los cationes radicales de las aminas, de existir, no
modifican el espectro de absorción en gran medida.
Los transientes aniones radicales generados por radiólisis de pulso se encuentran
aislados en la caja de solvente, mientras, en láser flash fotólisis estos mismos se generan
junto a los cationes radicales de las aminas (DABCO+
y TMP+
) formando un par ión
radical, ya sea separado por solvente para el DABCO, o en contacto para la TMP, lo que
explicaría la diferencia en los tiempos de vida observados como lo discutimos en un
párrafo anterior.
90
3.3.4. Radicales hidrogenados
Los radicales hidrogenados de las 3-aza-oxoisoaporfinas fueron generados en
presencia de trietilamina (TEA), amina capaz de transferir H- durante la
fotorreducción, y los espectros de absorción de los transientes se obtuvieron por láser
flash fotólisis. Para A1, el espectro presenta un máximo de absorción en 460 nm,
coincidente con la absorción del ión radical, y otras bandas de menor intensidad en 400,
510 y 550 nm (Figura 15-A). Para A2 en presencia de TEA, se observan absorciones
similares, con máximos en 460 nm, identificado con el anión radical y otras bandas de
menor intensidad en 410, 520 y 580 nm (Figura 15-B). A tiempos largos (900 s) se
observa además una banda centrada en 430 nm. En ambos casos, las bandas de
absorción tienen tiempos de vida distintos, lo que sugieren la presencia de varias
especies, y probablemente más de un radical hidrogenado, protonado en el oxígeno
carbonílico, o en alguno de los nitrógenos de los sustratos, como fue observado para las
oxoisoaporfinas aromáticas.67
Estos radicales pueden coexistir en equilibrio y podrían
ser resueltos siempre y cuando sus absorciones estén lo suficientemente separadas en el
tiempo o espectroscópicamente. En la Tabla 5 se muestran los tiempos de vida de cada
una de las absorciones transientes de las 3-AOIAs observadas en presencia de TEA, en
paralelo con los resultados obtenidos por radiólisis de pulso.
91
Figura 15. Espectros de absorción de transientes de 3-AOIAs con TEA 40 mM
obtenidos por láser flash fotólisis. (A) A1 65 M a 10 (□), 50 (○), 200 () y 900 s
(); (B) A2 80 M a 10 (□), 50 (○), 100 () y 900 s () después del pulso del láser.
En el inserto en (A) se muestran las cinéticas de decaimiento a 400 (), 460 (), 510
() y 550 nm () para A1; y en el inserto en (B) a 410 (), 430 (), 460 () y 520
() para A2.
0,00
0,02
0,04
350 400 450 500 550 600 650 700
0,00
0,01
0,02
0,03
O
DA
O
D
Longitud de onda [nm]
B
0 200 400 600 800
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
O
D
s
0 200 400 600 800
0,00
0,01
0,02
0,03
OD
s
92
Tabla 5. Absorciones de transientes con sus respectivos tiempos de vida, obtenidos por
láser flash fotólisis en acetonitrilo saturado con Ar, y radiólisis de pulso en isopropanol
saturado con Ar y N2O.
3-AOIA (A1)
LFF / TEA RP / 2-propanol
Ar Ar N2O
400 nm 240 s ± 18 s 400 nm 314 s ± 3 s 389 s ± 6 s
460 nm 362 s ± 9 s 430 nm 408 s ± 3 s 471 s ± 7 s
510 nm 290 s ± 27 s 520 nm 315 s ± 3 s 346 s ± 6 s
550 nm 280 s ± 23 s
2-Me-3-AOIA (A2)
LFF / TEA RP / 2-propanol
Ar Ar N2O
410 nm 90 s ± 9 s 400 nm 420 s ± 5 s 344 s ± 3 s
430 nm 115 s ± 10 s 430 nm 450 s ± 5 s 332 s ± 4 s
460 nm 127 s ± 3 s 520 nm 351 s ± 4 s 264 s ± 4 s
520 nm 82 s ± 6 s
580 nm 118 s ± 11 s
Las bandas de absorción en 460 nm pueden ser atribuidas a la formación de un
par ión radical entre los aniones radicales de las 3-AOIAs con TEA
, con tiempos de
vida de 362 s y 127 s para 3-aza-oxoisoaporfina (A1
) y 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina (A2
), respectivamente. Estos tiempos son más cortos que para los
aniones radicales observados en presencia de TMP, pero mucho más largos que los
medidos con DABCO o por radiólisis de pulso. Inclusive, 900 s después del pulso del
láser se puede observar la banda característica del anión radical A1
a 460 nm, mientras
que para A2
prácticamente ha desaparecido a este tiempo, mostrando que el par ión
radical en el caso de A2 decae más rápido que el par ión radical para A1, siendo las
absorciones observadas a tiempos más largos (900 s) las que contienen la mayor
contribución de los radicales hidrogenados a la absorción transiente. Estos resultados
93
sugieren equilibrios entre el par ión radical y los radicales hidrogenados (Esquema 11), y
concuerda con lo observado en fotólisis estacionaria, indicando que la etapa limitante
durante la fotorreducción de las 3-AOIA es la transferencia del protón, con una
velocidad de transferencia 50 veces mayor para A2, considerando que las constante de
retrotransferencia electrónica son similares para A1 y A2, como lo sugieren los tiempos
de vida medidos en presencia de DABCO (Sección 3.1).
En los experimentos de radiólisis de pulso de A1, en isopropanol saturado con
N2O, donde se espera la formación de los radicales hidrogenados, se observan 3
absorciones en 400, 430 y 520 nm (Figura 16-A). Estos máximos crecen con la misma
cinética, sin embargo, después de transcurridos 40 s, las absorciones en 400 y 520 nm
decaen más rápido que la absorción en 430 nm y con cinéticas paralelas. Esto daría
cuenta de la presencia de 2 especies que decaen con cinéticas diferentes, siendo la de
mayor tiempo de vida ( = 471 s) probablemente el radical hidrogenado sobre el átomo
de oxígeno A1OH, como se postuló en base a las estabilidades termodinámicas y el
efecto isotópico observado.113
La especie que vive menos de 400 s y presenta 2
absorciones en 400 y 520 nm sería el otro radical, hidrogenado sobre el átomo de
nitrógeno, A1NH, menos estable termodinámicamente (Sección 3.3), posiblemente
todos ellos involucrados en un equilibrio con el par ión radical.
94
Esquema 11. Equilibrio entre el par ión radical y los radicales hidrogenados de las 3-aza-
oxoisoaporfinas
Para 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (A2) el comportamiento fue similar, sin
embargo, la banda de absorción menos intensa en 400 nm, relacionada con la absorción
en 520 nm y asignadas al radical hidrogenado sobre el átomo de nitrógeno (A1NH)
para 3-aza-oxoisoapórfina, ahora está solapada por la banda en 430 nm que vive más
tiempo. Esta última identificada como el radical hidrogenado sobre el oxígeno, A1OH.
Esto nos lleva a pensar que también para A2 se forman 2 radicales, uno hidrogenado
sobre el átomo de O, A2OH, con un tiempo de vida = 332 s, y otro hidrogenado
sobre el nitrógeno, A2NH, con = 264 s (Figura 16-B). Esta asignación también está
fundamentada en los cálculos teóricos que indican que el radical hidrogenado más
estable es A2OH, probablemente con el mayor tiempo de vida (Sección 3.3).
A TEA
AOH
TEA+- ++
e-
AOH -
ANH
95
Los espectros de absorción de los radicales neutros hidrogenados de A1 y A2,
obtenidos por radiólisis de pulso, muestran algunas diferencias en los máximos de
absorción y en la forma de los espectros, al compararlos con los obtenidos por láser flash
fotólisis. Este desplazamiento de los máximos se podría deber a un corrimiento de
Stokes por efecto del solvente (acetonitrilo en láser flash fotólisis e isopropanol en
radiólisis de pulso), o a la formación de pares entre el radical hidrogenado del sustrato y
el radical de la amina (en los experimentos de láser flash fotólisis), sin embargo, ambos
tipos de experimentos sugieren la presencia de al menos dos radicales hidrogenados. En
la Figura 17 se encuentra la comparación de los espectros de absorción de transientes
obtenidos por láser flash fotólisis y radiólisis de pulso para los radicales hidrogenados de
A1 y A2, con una contribución de los respectivos pares ión radical (A−
/TEA
) a 460
nm, en ambos casos.
96
Figura 16. Espectros de absorción de transientes obtenidos por radiólisis de pulso, en
isopropanol saturado con N2O de: (A) 3-aza-oxoisoaporfina 0.1 M; (B) 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina 0.1 mM, a 40 (□), 240 (○), 500 () y 1000 s () después del pulso de
electrones. Los insertos muestran los decaimientos a 400 (□), 430 (○) y 520 nm ().
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
400 450 500 550 600 650 7000,0
0,3
0,6
0,9
1,2
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
A
0 500 1000 1500
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
s
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
Longitud de onda [nm]
B
0 500 1000 1500
0,0
0,5
1,0
s
97
Figura 17. Comparación de los espectros de absorción de transientes generados para: (A)
3-aza-oxoisoaporfina por láser flash fotólisis en presencia de TEA, en acetonitrilo
saturado con Ar, a 900 s (□) después del pulso del láser, y los espectros obtenidos por
radiólisis de pulso en 2-propanol saturado con N2O y Ar, a 40 (○) y 48 s () después
del pulso de electrones, respectivamente; (B) La misma comparación para 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina en las mismas condiciones, a 900 s después del pulso del láser, y a 20
(○) y 32 s () después del pulso de electrones con N2O y Ar, respectivamente.
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
400 450 500 550 600 650 700
0,000
0,005
0,010
0,015
O
DA
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5G
[d
m3 J
-1cm
-1] 1
03
G
[dm
3 J-1c
m-1]
10
3
O
D
Longitud de onda [nm]
B
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
98
De la comparación entre los espectros obtenidos por ambas técnicas podemos
concluir que para 3-aza-xoisoaporfina (A1) las bandas de absorción en 400 y 510 nm (
= 240 y 290 s, respectivamente) corresponden al radical hidrogenado A1NH, y la
banda en 460 nm ( = 362 s) correspondería al par ión radical formado inicialmente en
la fotorreducción con TEA, en láser flash fotólisis. La absorción del radical A1OH,
observada en los espectros obtenidos por radiólisis de pulso en 430 nm, no se aprecia en
los espectros de flash fotólisis, pudiendo estar solapada por la intensa absorción en 460
nm del anión radical A1
. Esta asignación se hizo en base a los resultados de cálculos
mecanocuánticos semiempíricos publicados recientemente.113
Nuevamente, basándonos en los resultados de los cálculos de las estabilidades
termodinámicas para los transientes de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina (Tabla 3),113
de los
espectros obtenidos por láser flash fotólisis se concluye que las bandas de absorción en
410 y 520 nm ( = 90 y 82 s) corresponderían al A2NH, y las bandas en 430 y 580 nm
( = 115 y 118 s) corresponderían al A2OH. Al igual que para A1, la banda de
absorción ubicada en 460 nm ( = 127 s) sería el anión radical A2
.
En conclusión, los resultados están mostrando la formación de los radicales
hidrogenados sobre el átomo de oxígeno y el nitrógeno, posiblemente en equilibrio entre
sí y con el par ión radical (Esquema 11), tal como postulamos para oxoisoaporfina y 5-
metoxi- oxoisoaporfina (A3 y A4).67
99
Los resultados presentados hasta aquí, la identificación de los intermediarios
transientes de las 3-aza-oxoisoaporfinas permite confirmar el mecanismo de
fotorreducción en presencia de aminas. Esencialmente el mecanismo consiste en la
transferencia secuencial de electrón-protón-electrón, donde el protón es transferido sobre
uno de los nitrógenos y el oxígeno, siendo el segundo radical el más estable
termodinámicamente. La segunda transferencia de electrón sobre este radical resulta en
una mayor labilidad de los hidrógenos 4 y 6 de la estructura aromática, los que
experimentan un intercambio isotópico en presencia de D2O. Estos intercambios
isotópicos de hidrógenos aromáticos ocurren usualmente bajo condiciones extremas de
pH, altas presiones de D2 y en presencia de catalizadores. Sin embargo, para las
oxoisoaporfinas aromáticas, el intercambio ocurre a temperatura ambiente en la
oscuridad durante el almacenamiento de los fotoproductos metaestables.
Para las 3-aza-oxoisoaporfinas aromáticas los rendimientos cuánticos de tripletes
son unitarios, lo que se puede atribuir a la planaridad, a la rigidez, y al alto grado de
conjugación que existe entre los heteroátomos. Los rendimientos cuánticos de
fotoconsumo son unitarios debido a la alta velocidad de trasferencia del protón en el par
ión radical generado por la transferencia de electrón fotoinducida, comparado con la
retrotransferencia electrónica, prohibida por espín.
100
3.4. Cationes radicales de oxoisoaporfinas, 3-aza-oxoisoaporfinas y
2,3-dihidro-oxoisoaporfinas
Por radiólisis de pulso es posible generar las especies reducidas de los sustratos
propuestos en esta tesis, sin embargo, seleccionando adecuadamente el solvente y el gas
de saturación, también es posible formar especies oxidadas de estos, tales como los
cationes radicales, los que fueron positivamente identificados.
Entre los aceptores- de electrones propuestos inicialmente en esta tesis para
lograr la generación de los cationes radicales de los sustratos se encontraban TCNQ,
DDQ y TCNE (Esquema 3), sin embargo, los dos primeros presentan bandas de
absorción en la región visible del espectro, con altos coeficientes de extinción molares.
En esta misma zona del espectro, bajo los 400 nm, también absorben las 3-AOIAs y
OIAs. Por otro lado, mediante estudios realizados por radiólisis de pulso se observó que
los cationes radicales de los sustratos absorben entre 300 y 450 nm, la misma región del
espectro donde se encuentran las absorciones de las 3-AOIAs y OIAs originales,
dificultando la detección de los mismos. El TCNE, que absorbe bajo los 300 nm, es
decir, no absorbe en la misma región que los sustratos, resultó ser adecuado como
aceptor de electrones para OIAs y 3-AOIAs, permitiendo observar los cambios en los
espectros de absorción durante el seguimiento espectroscópico de las reacciones de
transferencia de electrón.
101
Cuando las soluciones de los sustratos saturadas con Ar son irradiadas
estacionariamente en presencia de TCNE, se observan cambios insignificantes en los
espectros de absorción, sin poder ser identificados o relacionados con aquellos espectros
conocidos para los cationes radicales de los sustratos generados por radiólisis de pulso,
resultados mostrados más adelante.
Al irradiar soluciones de los sustratos saturadas con aire, es decir, en presencia de
O2, el comportamiento de la reacción resultó ser el mismo, lo que descarta una
fotorreacción desde el estado triplete de los sustratos. En ambos tipos de experimentos,
en presencia y ausencia de O2, al hacer la diferencia entre los espectros obtenidos antes
de las fotólisis y al final de ocurrida la reacción, es posible magnificar los cambios
espectrales, apreciándose claramente el espectro de absorción reportado para el anión
radical de tetracianoetileno, TCNE
,120,121
lo que es una indicación indirecta de la
formación de los cationes radicales de los sustratos, o alguna otra especie oxidada de los
mismos, como se muestra en la Figura 18 para la oxoisoaporfina A3.
Por otra parte, soluciones de los sustratos con TCNE en ausencia de luz,
mantenidas a temperatura ambiente, mostraron los mismos cambios en los espectros de
absorción que en las reacciones supuestamente fotoquímicas. Ahora, con estos
antecedentes podemos asegurar que las reacciones que ocurren entre los sustratos y
TCNE serían reacciones térmicas de transferencia de electrones, como lo reportado en la
literatura para variados donores de electrones, como compuestos fenólicos,75
derivados
bencénicos,77,88,89
antracenos sustituidos,81
entre otros, y no reacciones fotoinducidas.
102
Figura 18. Espectros de absorción antes () y después de 17 minutos de fotólisis de una
solución de oxoisoaporfina (A3) 1 mM con TCNE 10 mM (), saturada con Ar. En
azul () se observa el espectro de absorción de TCNE
calculado como diferencia de
los dos espectros anteriores. El inserto muestra el espectro de absorción reportado para
el anión radical de tetracianoetileno, TCNE
.120,121
En vista de que el espectro de absorción del TCNE
es fácilmente reconocible al
hacer la diferencia entre los espectros iniciales y finales, se adoptó una nueva
metodología para seguir las reacciones por espectroscopía UV visible. Esta consiste en
utilizar la mezcla sustrato/TCNE/solvente inicial como blanco espectroscópico. De esta
manera se magnifican las diferencias de absorbancia, y es posible apreciar la formación
de nuevas bandas de absorción atribuibles certeramente a los cationes radicales de los
sustratos, al TCNE
, y otras especies diméricas de éste mismo. Los espectros obtenidos
300 350 400 450 500 550
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
Ab
so
rba
ncia
Longitud de onda [nm]
103
de esta forma resultan ser casi idénticos a los espectros de los cationes radicales
obtenidos por radiólisis de pulso en 1,2-dicloroetano saturado en Ar, para los 6 sustratos
estudiados. Las mayores diferencias radican en la superposición de las bandas de
absorción de las especies derivadas del TCNE.
Esta reacción procedería con la formación de un complejo de encuentro entre el
sustrato A y el TCNE, donde por una transferencia térmica de electrones se forman los
cationes radicales A
en presencia del anión radical TCNE
(Ecuación 37), con este
último mostrando una absorción estructurada entre 350 y 450 nm.120-124
El anión radical
TCNE
es capaz de formar un anión diamagnético (dímero (TCNE)22
, Ecuación 38)
que absorbe entre 450 y 600 nm.125,126
Eventualmente se podría estar formando un
complejo de encuentro paramagnético [1:1] de tetracianoetileno (pímero (TCNE)2
,
Ecuación 39),121,122,125,127
que absorbe en el infrarrojo cercano sobre 1000 nm,120-124
no
accesible experimentalmente.
A + TCNE [A,TCNE] [A+
,TCNE
] A+
+ TCNE
(37)
TCNE
+ TCNE
(TCNE)22
(38)
TCNE
+ TCNE (TCNE)2
(39)
A continuación examinaremos detalladamente los espectros de los productos
obtenidos en estas reacciones térmicas.
104
3.4.1. 7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A3)
La mezcla de OIA con TCNE genera rápidos cambios en el espectro con la
aparición de una fuerte absorción a 515 nm, atribuible a (TCNE)22−
, además de bandas a
408, 387 and 335 nm que pueden ser atribuidas al cation radical A3+
. Es importante
destacar que la absorción del (TCNE)22−
crece linealmente, mientras que las absorciones
entre 335 y 408 nm crecen inicialmente en forma exponencial y más lentamente que la
del dímero (TCNE)22−
(Figura 19-A).
La radiólisis de pulso de soluciones de oxoisoaporfina en 1,2-dicloroetano (1,2-
DCE) saturadas en Ar, resultan en la aparición de espectros de absorción que son muy
similares a los observados en la reacción térmica, pero como es obvio, en ausencia de la
banda correspondiente a (TCNE)22−
a 515 nm (Figura 19-B).
El espectro de absorción, 100 s después del pulso, muestra dos bandas de
absorción angostas con 390 y 410 nm. También se observa una banda de absorción
menos intensa en 340 nm. La banda más intensa a 410 nm se desarrolló plenamente
dentro de los primeros 12 s, y coincide con la cinética de formación de la banda a 390
nm. Las cinéticas de formación registradas en 410 nm y 390 crecen exponencialmente
con k = (5.1 ± 0.05) 105
s1
. Con el paso del tiempo el espectro no cambia
significativamente en las inmediaciones de los máximos de absorción señalados. Sin
embargo, las bandas en 390 y 410 nm siguen creciendo aún sobre los 500 s, mientras
105
que en el mismo dominio de tiempo la banda de absorción a 340 nm desaparece
lentamente (inserto de la derecha de la Figura 19-B).
Figura 19. (A) Espectro de absorción de la mezcla de reacción A3 0.1 mM/TCNE 10mM
a tiempo t = 0 (−−), 15 (−−), y 55 minutos (−−). El inserto muestra el perfil cinético a
distintas longitudes de onda. (B) Espectros de absorción de transientes de una solución
de oxoisoaporfina 0.1 mM en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, observados a 1.2 s
(), 100 s (), y 1 ms () después del pulso de electrones. Inserto: perfiles de tiempo
del transiente a 340 nm (), 390 nm (), y 410 nm ().
0,00
0,05
0,10
0,15
300 350 400 450 500 550 600 650
0
1
2
3
4
A
bso
rban
cia
A
0 20 40 60
0,00
0,05
0,10
0,15 335nm
387nm
408nm
515 nm
Tiempo [min]
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
Longitud de onda [nm]
B
0 5 10 15
0
2
4 340 nm
390 nm
410 nm
Tiempo [s]0 400 800
Tiempo [s]
106
Esta última observación sugiere que el catión radical de la oxoisoaporfina (A3+
)
es formado en 1,2-DCE por dos procesos independientes, ya sea por la participación de
ClCH2CH2Cl+
o ClCHCH2+
, y el carbocatión ClCH2CH2+ en su forma lineal o cíclica
(cation cloronio) con G = 0.20, 111
como se muestra en la Ecuación 40, y que en 340 nm
posiblemente exista la contribución de otra especie catiónica del sustrato.
ClCH2CH2Cl+
/ ClCHCH2+
+ OIA ClCH2CH2Cl / ClCH=CH2 + OIA+
(40)
En la Figura 20-A se presentan los espectros de absorción de una solución de
oxoisoaporfina en acetona saturada con O2, a distintos tiempos después del pulso de
electrones. El espectro de absorción 8 s después del pulso muestra dos bandas de
absorción con los máximos situados en 390 y 410 nm, al igual que en 1,2-dicloroetano.
Ambas bandas crecen con las mismas constantes cinéticas. Esta observación, junto con
el hecho de que la cinética de decaimiento observado en estas dos longitudes de ondas
también es similar (inserto de la Figura 20-A), sugiere la existencia de una única
especie. Estas absorciones se pueden asignar al catión radical derivado de la
oxoisoaporfina (A3+
).
Como apoyo se obtuvieron los espectros de absorción de una solución de
oxoisoaporfina 0.1 mM en acetonitrilo saturado con O2, por radiólisis de pulso (Figura
20-B). El espectro de absorción de transiente obtenido 6 s después del pulso consiste
en una fuerte absorción situada en 405 nm, más un hombro desplazado hacia el azul en
el rango 390 400 nm, y una banda de absorción débil en 460 nm (Figura 20-B). La
107
cinética de formación registradas en 405 nm, con k = (5,7 ± 0,2) 105 s1
coincide con
la cinética de formación en 390 nm, sugiriendo la presencia de una especie que tiene que
estar asociada con A3+
. También es posible observar la aparición de una tercera banda
de absorción a 460 nm distinguible a los 25 s (Figura 20-B).
Figura 20. (A) Espectros de absorción de transientes de OIA 0.1 mM en una solución de
acetona saturada con O2, observados a 8 s (), 24 s (), y 100 s () después del
pulso de electrones. Inserto: Perfiles de tiempo del transiente a = 390 nm (), y 410
nm (). (B) Espectros de absorción de transientes de OIA 0.1 mM en acetonitrilo
saturado con O2, observados a 6 s (), 25 s (), y 100 s () después del pulso de
electrones. Inserto: perfiles de tiempo del transiente a 390 nm (), 405 nm (), y 460
nm ().
0,0
0,1
0,2
350 400 450 500 550 600 650 700 750
0,0
0,2
0,4
0,6
A
0 50 100
390 nm
410 nm
Tiempo[s]
0 5 10
0,0
0,3
Tiempo[s]
G x
[
dm
3 J
-1cm
-1]
x 1
03
Longitud de onda [nm]
B
0 5 10 15
0,0
0,2
0,4
Tiempo[s]
0 150 300
390 nm
405 nm
460 nm
Tiempo[s]
108
Los cambios observados en la relación r = (G405) / (G460) calculados a distintos
tiempos después del pulso, los diferentes valores determinados para las constantes de
velocidad de formación de las bandas, k405nm = (2,7 ± 0,06) 104 s1
y k460nm = (8,2 ±
0,2) 103 s
1, y los distintos perfiles de decaimiento (insertos de la Figura 20-B),
sugieren fuertemente la presencia de una segunda especie catiónica en acetonitrilo. La
absorción en 460 nm puede ser atribuida al aducto del catión radical (A3)2
formado por
la asociación de A3+
y la molécula original A3, según la Ecuación 41, en un proceso
análogo al reportado para las 2,3-dihidro-oxoisoaporfinas en soluciones de acetonitrilo,
donde se desarrollan bandas en 500 nm a largos tiempos después del pulso de
electrones.128
A3+
+ A3 (A3)2+
(41)
En resumen, para oxoisoaporfina se observó que los espectros de absorción del
catión radical obtenidos en presencia de TCNE (reacción térmica), o por radiólisis de
pulso en 1,2-dicloroetano y acetona son muy parecidos. Sin embargo, aquel obtenido en
acetonitrilo resultó ser diferente, debido a la formación del aducto (Ecuación 41).
109
3.4.2. 5-metoxi-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A4)
La reacción térmica del sistema 5-MeO-OIA/TCNE muestra el mismo
comportamiento que la OIA, con la aparición de nuevas absorciones en 515 nm que se
atribuye a (TCNE)22−
. Los máximos de absorción en 340, 380 y 400 nm tienen que
corresponder al contraión, es decir, al catión radical de 5-MeO-OIA, A4+
(Figura 21-A).
La radiólisis de pulso de 5-MeO-OIA en 1,2-dicloroetano (1,2-DCE) saturado
con Ar (Figura 21-B) ofrece más argumentos a favor de la asignación de su catión
radical. El espectro de absorción registrado 12 s después del pulso de electrones
muestra tres bandas de absorción estrechas, con máximos en 345, 385 y 405 nm,
prácticamente idénticas a las obtenidas en el proceso térmico. La banda más intensa en
405 nm alcanzó el máximo a los 12 s, y su cinética de formación coincide con la de las
bandas en 385 y 345 nm, con una constante de velocidad de crecimiento k = (4,2 ± 0,07)
105 s1
, indicando la presencia de sólo una especie que sería el catión radical A4+
.
110
Figura 21. (A) Espectros de absorción de la mezcla A4 0.1 mM/TCNE 10 mM a tiempos
t = 0 (−−), 15 (−−), y 55 minutos (−−). El inserto muestra el perfil cinético a diferentes
longitudes de onda. (B) Espectros de absorción de transientes de una solución de 5-
MeO-OIA 0.1 mM en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, observados a 1 s (), 12 s
(), y 500 s () después del pulso de electrones. Inserto: Perfiles de tiempo del
transiente a = 345 nm (), 385 nm (), y 405 nm (). (C) Espectros de absorción de
transientes de una solución de 5-MeO-OIA 0.1 mM en acetonitrilo saturado con O2,
observados a 2 s (), 12 s (), y 48 s () después del pulso de electrones. Inserto:
perfiles de tiempo del transiente a 370 nm (), 400 nm (), y 460 nm ().
0,00
0,05
0,10
0,15
0
1
2
3
300 350 400 450 500 550 600 650 700
0,0
0,1
0,2
0,3
Ab
sorb
an
cia
0 20 40 60
0,00
0,05
0,10
340 nm
380 nm
400 nm
515 nm
Tiempo [min]
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3 0 5 10
0
1
2
3
345 nm
385 nm
405 nm
Tiempo[s]
0,0 0,5 1,0 1,5
0
1
2
3
345 nm
385 nm
405 nm
Tiempo[ms]
Longitud de onda [nm]
A
B
C
0 10 20 30-0,2
0,0
0,2
0 50 100 150
-0,2
0,0
0,2
370 nm
400 nm
460 nm
Tiempo [s]
111
Con el transcurso del tiempo los espectros no cambian sus características de
manera significativa, conservando los máximos de absorción. Al igual que para la OIA
en 1,2-DCE, las bandas en 385 y 405 nm aún crecen después de 500 s, mientras que la
banda en 345 nm disminuye lentamente. Al igual que para oxoisoaporfina, la formación
del catión radical ocurriría por dos procesos independientes (Ecuación 42).
ClCH2CH2Cl+
/ ClCHCH2+
+ A4 ClCH2CH2Cl / ClCH=CH2 + A4+
(42)
El espectro de absorción transiente obtenido en acetonitrilo saturado con O2, 2 s
después del pulso, consiste en una banda de absorción intensa ubicada en 400 nm, una
de menor intensidad en 370 nm, y un hombro desplazado hacia el rojo en el rango 430
490 nm (Figura 21-C). A los 12 s la banda en 370 nm desaparece y se observa un
hombro desplazado hacia el azul en el rango 370 400 nm. Con el transcurso del tiempo
el espectro de absorción en el rango 350 430 nm disminuye en intensidad, y a los 48
s se aprecia principalmente un máximo de absorción en 460 nm, sugiriendo
fuertemente la presencia de dos especies catiónicas.
Una vez más una inspección minuciosa de los espectros muestra que la relación
r = (G400)/ (G460) calculado para 2, 12 y 48 s cambia. Esta observación, junto con el
hecho de que tanto la cinética de formación y decaimiento observadas en 400 y 460 nm
son diferentes, confirma la existencia de un aducto del catión radical (A4)2+
formado
como producto de la asociación de A4+
y la molécula original, A4, según la Ecuación
43.
112
A4+
+ A4 (A4)2+
(43)
Mientras, en acetona saturada de O2, los espectros transientes presentan un
máximo de absorción situado en 380 nm, y un hombro en 400 nm, que decrecen de
manera uniforme en la intensidad y dentro de los 50 s después del pulso de electrones
desaparecen. Esta observación demuestra una vez más la existencia de una sola especie
en acetona, el catión radical derivado de 5-MeO-OIA (A4+
), y la ausencia completa de
la banda de absorción que podría ser asignada a la especie dimérica (A4)2+
.
3.4.3. 7H-benzo[e]perimidin-7-ona (A1)
La reacción térmica entre 3-aza-oxoisoaporfina (A1) y TCNE mostró
características similares a los observados con los otros derivados. En esta reacción se
puede observar la aparición de absorciones en 515 nm atribuida a (TCNE)22−
; una banda
intensa con máximo en 398 nm, y un hombro estructurado entre 400 450 nm que
puede ser asignado a TCNE−
. Las bandas en 375, 355 y por debajo de 350 nm, junto a
la banda de 398 nm se pueden atribuir al catión radical A1+
. De igual manera que para
la 5-MeO-OIA, la banda de 515 nm crece con una cinética de orden cero, mientras que
las bandas ubicadas en 398 y 375 mostraron un comportamiento más complejo (inserto
de la Figura 22). A pesar de que la banda de absorción a 515 nm no se puede atribuir a
A1+
.
113
Los espectros de absorción obtenidos por radiólisis de pulso de soluciones de 3-
AOIA en 1,2-dicloroetano (1,2-DCE) saturado con Ar, resultó en la aparición de 3
bandas de absorción con máximos localizados en 320, 375 y 400 nm (Figura 22-B).
Estas bandas son muy parecidas a las observadas en la reacción térmica con TCNE. La
banda más intensa en 400 nm se desarrolla completamente dentro de los 6 s con una
constante de velocidad de primer orden k = (1,5 ± 0,04) 106 s
1, más rápido que
aquellas determinadas para OIA y 5-MeO-OIA, lo que podría relacionarse con la mayor
capacidad de estabilizar cargas positivas de la 3-aza-oxoisoaporfina, probablemente
debido a la presencia de los dos átomos de nitrógeno en la molécula. Sobre los 200 s,
las absorciones registradas comienzan lentamente a decaer en el dominio de los
milisegundos. Estos resultados corroboran la atribución de las bandas del espectro bajo
400 nm al catión radical A1+
. Por lo tanto, asignamos este espectro al catión radical
A1+
, y el precursor más razonable para su formación es el cation radical del solvente
ClCH2CH2Cl+
(Ecuación 44).
ClCH2CH2Cl+
+ 3-AOIA ClCH2CH2Cl + 3-AOIA+
(44)
114
Figura 22. (A) espectros de absorción de la mezcla de reacción A1 0.1 mM/TCNE 10
mM a tiempo t = 0 (−−), 10 (−−), y 60 minutes (−−). En inserto muestra el perfil cinético
a diferentes longitudes de onda. (B) Espectros de absorción transiente de una solución de
3-aza-oxoisoaporfina 0.1 mM en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, observados a 0.24 s
(), 6 s (), y 800 s () después del pulso de electrones. Inserto: Perfiles de tiempo
a 320 nm (), 375 nm (), y 400 nm ().
0,00
0,01
0,02
0,03
300 350 400 450 500 550
0,0
0,5
1,0
1,5
Ab
sorb
an
cia
0 5 10 15
0,00
0,01
375 nm
398 nm
515 nm
Tiempo [min]
Longitud de onda [nm]
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
0,0 0,5 1,0 1,5
0,0
0,5
1,0
1,5
320 nm
375 nm
400 nm
Tiempo [ms]
-2 0 2 4 6 8 10 12 14
0,0
0,5
1,0
1,5
Tiempo [s]
A
B
115
En la radiólisis de pulso de 3-aza-oxoisoaporfina (3-AIOA) en acetona saturada
con O2 se observa la aparición de absorciones transientes con dos máximos situados en
400 y 470 nm (Figura 23-A). Curiosamente, las cinéticas registradas se caracterizan por
perfiles de tiempo muy diferentes (insertos en la Figura 23-A). Las velocidades de las
cinéticas de crecimiento y decaimiento de la banda de absorción en 400 nm son más
rápidas que aquellas determinadas en 470 nm. La banda en 400 nm está completamente
desarrollada dentro del rango de 2,4 s con una constante de velocidad de primer orden
k = (1,1 ± 0,1) 106 s
1, mientras que la banda en 470 nm está completamente
desarrollada dentro del rango de 8 s con una constante de velocidad de primer orden k
= (2,7 ± 0,6) 105 s1
(Figura 23-A, inserto de la izquierda).
La banda de absorción localizada en 400 nm decae por un proceso de primer
orden con una constante cinética de velocidad k = (5,1 ± 0,2) 104 s
1, y también se
observa un decaimiento más lento de la banda de 470 nm con k = (1,5 ± 0,07) 104 s1
(inserto de la derecha). Una vez más, una inspección minuciosa de los espectros muestra
que la relación calculada r = (G400) / (G470) a distintos tiempos cambia, indicando que
existen dos diferentes especies, el catión radical A1+
y el aducto del catión radical
(A1)2+
.
116
Figura 23. (A) Espectros de absorción de transientes de una solución de 3-aza-
oxoisoaporfina 0.1 mM en acetona saturada con O2, observados a 2.4 s (), 8 s (),
y 20 s () después del pulso de electrones. Inserto: (izquierda) Perfiles a tiempos
cortos representan el crecimiento de los transientes a 400 nm () y () 470 nm;
(derecha) Perfiles a tiempos largos representando el decaimiento de los transientes en las
mismas longitudes de onda. (B) Espectros de absorción de transientes de una solución de
3-aza-oxoisoaporfina 0.1 mM en acetonitrilo saturado con O2, observados a 3.2 s (),
20 s (), y 100 s () después del pulso de electrones. Inserto: Perfiles de tiempo de
transientes a 400 nm () y 440 nm ().
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
350 400 450 500 550 600
0,0
0,5
1,0
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
A
-2 0 2 4 6
0,0
0,2
0,4
Tiempo [s]0 20 40 60
400 nm
470 nm
Tiempo [s]
B
Longitud de onda [nm]
0 50 100 150
400 nm
440 nm
Tiempo [s]
0 3 6
0,0
0,5
1,0
Tiempo [s]
117
Los espectros de absorción obtenidos de una solución de 3-AOIA en acetonitrilo
saturado con O2 (Figura 23-B), después de la irradiación, son similares a los observados
para 2,3-dihidro-, 5-MeO-2,3-dihidro-, y oxoisoaporfina. El espectro de absorción
transiente obtenido 3.2 s después del pulso consiste en una banda de absorción fuerte
ubicada en max = 400 nm, un hombro estrecho desplazado al azul en el rango 370 380
nm, y un hombro desplazado al rojo en el rango 430 470 nm. Mientras que en el
intervalo de tiempo de 3.2 20 s el espectro de absorción en la región entre 350 430
nm decrece, la intensidad del hombro desplazado al rojo permanece casi constante. Por
analogía, con observaciones similares en soluciones de acetona, se asume una vez más la
existencia de dos especies en acetonitrilo A1+
y (A1)2+
, con una menor contribución en
el espectro de la especie que absorbe en el rango entre 430 − 470 nm.
3.4.4. 2-metil-7H-benzo[e]perimidin-7-ona (A2)
La reacción térmica de 2-Me-3-AOIA con TCNE tiene prácticamente el mismo
comportamiento al observado con 3-AOIA. Se observa un rápido crecimiento de las
bandas de absorción ubicadas en 315, 357, 377,400 y 515 nm (Figura. 24-A). Al igual
que en los demás casos, la banda a 515 nm puede atribuirse a (TCNE)22
, y el hombro
amplio y estructurado entre 420 y 480 nm sería producto de la absorción de TCNE
.
Las otras bandas por debajo de 410 nm pueden ser asignadas al catión radical A2
.
118
Figura 24. (A) Espectros de absorción de la mezcla de reacción A2 0.1 mM/TCNE 10
mM a tiempo t = 0 (−−), 5 (−−), y 10 minuto (−−). El inserto muestra el perfil cinético a
diferentes longitudes de onda. (B) Espectros de absorción transiente de una solución de
2-metil-3-aza-oxoisoaporfina 0.1 mM en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, observados a
1 s (), 16 s (), y 1 ms () después del pulso de electrones. Inserto: Perfiles de
tiempo de los transientes a 315 nm (), 360 nm (), 380 nm (), y 400 nm ().
0,00
0,01
0,02
0,03
300 350 400 450 500 550
0
2
4
6
Ab
sorb
an
cia
A
0 3 6 9
0,00
0,01
0,02
315 nm
400 nm
515 nm
Tiempo [min]
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
Longitud de onda [nm]
B
0,0 0,5 1,0 1,5
0
2
4
6
Tiempo [ms]
0 10 20
0
2
4
Tiempo [s]
315 nm 360 nm
380 nm 400 nm
119
Los resultados espectrales obtenidos por radiólisis de pulso de las soluciones de
2-Me-3-AOIA en 1,2-dicloroetano (1,2-DCE) saturado con Ar se ajustan muy bien a lo
obtenido en la reacción térmica con TCNE. Los espectros de absorción de los transientes
registrados después del pulso de electrones presentan cuatro bandas de absorción
angostas, localizadas en 315, 360, 380 y 400 nm (Figura 24-B). La banda más intensa en
400 nm se desarrolla completamente dentro de los 16 s con una constante de velocidad
de primer orden de k = (3,6 ± 0,02) 105 s1
, en conjunto con las demás bandas. Esta
constante cinética es menor que la determinada para 3-AOIA. Antes de 500 s no se
observan cambios en las características espectrales, y al igual que en soluciones de 1,2-
DCE que contienen OIA, y 5-MeO-OIA, estos máximos aún continúan creciendo
después de transcurrido este tiempo, sugiriendo que la formación del catión radical
ocurre por dos procesos distintos (Ecuación 45).
ClCH2CH2Cl+
/ ClCHCH2+
+ A2 ClCH2CH2Cl / ClCH=CH2 + A2+
(45)
120
Figura 25. (A) Espectros de absorción de transientes de una solución de 2-metil-3-aza-
oxoisoaporfina 0.1 mM en acetona saturada con O2, observados a 4.8 s (), 24 s (),
y 60 s () después del pulso de electrones. Inserto: (izquierda) Perfiles a tiempos
cortos representando el crecimiento de los transientes a 400 nm () y 430 nm ();
(derecha) Perfiles a tiempos largos representando el decaimiento de los transientes en las
mismas longitudes de onda. (B) Espectros de absorción transiente de una solución de 2-
metil-3-aza-oxoisoaporfina 0.1 mM en acetonitrilo saturado con O2, observados a 4.8 s
(), 20 s (), 40 s (), y 100 s () después del pulso de electrones. Inserto:
(izquierda) Perfiles a tiempos cortos de los transientes a 405 nm (), y 430 nm ();
(derecha) Perfiles a tiempos largos representando el decaimiento de los transientes a las
mismas longitudes de onda.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
350 400 450 500 550 600 650
0,0
0,2
0,4
0,6
A
0 5 10
0,0
0,2
Tiempo [s]
0 60 120
400 nm
430 nm
Tiempo [s]
G
[
dm
3 J
-1cm
-1]
10
3
Longitud de onda [nm]
B
0 5 10 15
0,0
0,3
0,6
Tiempo [s]
0 60 120
Tiempo [s]
405 nm
430 nm
121
La radiólisis de pulso de una solución de 2-metil-3-aza-oxoisoaporfina en
acetona y acetonitrilo, ambos saturados con O2, se observan espectros de absorción con
características similares. Los espectros de absorción de transientes obtenidos 4,8 s
después del pulso de electrones, cuando alcanzan el máximo, consisten en dos bandas de
absorción con los máximos situados en 400 y 405 nm para la acetona y acetonitrilo,
respectivamente (Figura 25).
Mientras que con el transcurrir del tiempo el espectro de absorción en el rango
350 420 nm decrece en la intensidad, un hombro desplazado al rojo en el rango 430
460 nm se desarrolla dentro del rango de tiempo de 4,8 20 s. Para ambos solventes
los bandas en 400 y 405 nm crecen completamente dentro del rango de 4,8 s con
constantes de velocidad de primer orden k = (5,3 ± 0,5) 105 s1
y k = (5,4 ± 0,2) 105
s1
en acetona y acetonitrilo, respectivamente (insertos de la izquierda en la Figura. 25-A
y 25-B). Mientras que la banda en 430 nm alcanza el máximo a los 8 s con una
constante de velocidad de primer orden k = (1,3 ± 0,4) 105 s1
y k = (3,0 ± 0,2) 105
s1
en acetona y acetonitrilo respectivamente, sugiriendo la presencia de dos especies
catiónicas (insertos de la derecha en la Figura. 25-A y 25-B), como con los sustratos
anteriores.
En acetona, la banda en 400 nm decae por un proceso de primer orden con k =
(3,3 ± 0,07) 104 s
1, mientras la absorción en 430 nm con k = (1,9 ± 0,2) 10
4 s
1
(inserto derecho en la Figura 25-A). Por otro lado, en acetonitrilo, la banda en 405 nm
122
decae por un proceso de primer orden con k = (2,3 ± 0,05) 104 s1
y más lentamente la
banda de absorción en 430 nm con k = (1,6 ± 0,1) 104 s1
(inserto derecho de la Figura
25-B). Una vez más una inspección minuciosa de los espectros en acetonitrilo, al igual
que en acetona, muestra que la relación r = (G405)/ (G430) calculada a 4.8, 20, 40 y 100
s cambia. Estas observaciones son consistentes con la existencia de dos especies de
cationes radicales derivados de 2-Me-3-AOIA (A2+
y (A2)2+
), sin embargo, estos se
generarían con menor eficiencia en acetona.
Cabe mencionar que experimentos de láser flash fotólisis con 3-AOIAs y OIAs
en presencia de TCNE, generan especies transientes que no pueden ser identificadas
como los cationes radicales de los sustratos, o con el anión radical de TCNE.
Posiblemente, el o los transientes que se observan en láser flash fotólisis sean especies
excitadas de los iones radicales formados térmicamente, o de un complejo formado por
los mismos.
En vista de los resultados obtenidos en la generacion de los cationes radicales de
3-aza-oxoisoaporfinas y las oxoisoaporfinas, este estudio se hizo extensivo para los
derivados 2,3-dihidro-oxoisoaporfina (2,3-DHOIA) y 5-metoxi-2,3-dihidro-
oxoisorpofina (5-MeO-2,3-DHOIA).
123
3.4.5. 2,3-dihidro-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A5)
Los espectros obtenidos para la reacción de 2,3-dihidro-oxoisoaporfina con
TCNE muestra una banda resuelta aparece en 295 nm junto con una banda ancha entre
320 y 450 nm, y una menos intensa centrada en 515 nm (Figura 26-A). Estos cambios
espectrales pueden ser atribuidos a la formación del cation radical de 2,3-DHOIA, A5+
,
absorbiendo en 295 nm, y el anión radical, TCNE
, que muestra una absorción
estructurada centrada en 425 nm.120-124
Este anión radical forma el anión diamagnético
(TCNE)22
que absorbe entre 450 y 600 nm.125,126
Las absorciones en 295 y 350
evolucionan con la misma constante cinética de velocidad de k = (2.0 0.01) 103
s1
,
mientras la banda en 415 y 515 nm evolucionan más lentamente con constantes de
velocidad k415 = (1.5 0.05) 103
s1
, y k515 = (1.0 0.09) 10
s1
, mostrando
claramente que corresponden a especies diferentes. La diferencia en la constante de
velocidad cinética a 415 nm, atribuida a la absorción de TCNE
, es menor que aquella
constante observada a 295 y 350 nm, probablemente debido al consumo del anión
radical TCNE
para formar el dímero (TCNE)22
, y posiblemente también para formar
el complejo de encuentro paramagnético, el pímero (TCNE)2
,120-124
que absorbe en el
infrarrojo cercano sobre 1000 nm, no accesible experimentalmente por las técnicas
usadas.
124
Interesantemente, el anión radical formado en la mezcla A5/TCNE es estable y
su espectro es concordante con aquel obtenido por radiólisis de pulso en 1,2-
dicloroetano saturado con Ar, como se muestra en la Figura 26-B.
El espectro de absorción transiente en 1,2-dicloroetano saturado con Ar se
desarrolla totalmente en el rango de los 100 s (inserto de la izquierda en la Figura 26-
B) y consiste de una banda de absorción a 355 nm, y banda menos distinguible pero
intensa localizada bajo 300 nm (Figura 26-B). Estas dos bandas son claramente
identificables con aquellas observadas en la reacción de A5 con TCNE. Por lo tanto,
asignamos las bandas en 295 y 355 nm al catión radical A5+
, y el precursor más
razonable para su formación es el cation radical del solvente ClCH2CH2Cl+
(Ecuación
46).
ClCH2CH2Cl+
+ 2,3-DHOIA ClCH2CH2Cl + 2,3-DHOIA+
(46)
El perfil cinético registrado en 355 nm es estable sobre el dominio de los 200 s,
y decae lentamente en la escala de milisegundos (inserto de la derecha de la Figura 26-
B).
125
Figura 26. (A) Espectros de absorción para la mezcla A5 0.1 mM/TCNE 10 mM a
tiempo t = 0 (−−), 15 (−−), y 50 minutos (−−). Los insertos muestran los perfiles
cinéticos a diferentes longitudes de onda. (B) Espectros de absorción de transientes de
una solución de 2,3-dihidro-oxoisoaporfina 0.1 mM en 1,2-dicloroetano saturado con
Ar, observados 1 s (), 120 s (), y 1ms () después del pulso de electrones.
Insertos: Perfile de tiempo representando el crecimiento y decaimiento a 355 nm, a
diferentes escalas de tiempo.
0,00
0,04
0,08
0,12
300 350 400 450 500 550 600
0
2
4
6
Ab
sorb
an
cia
A
0 20 40
0,00
0,05
0,10 295 nm
350 nm
415 nm
515 nm
Tiempo [min]
G x
[
dm
3J-1
cm
-1]
x 1
03
Longitud de onda [nm]
B
0 50 100
0
1
2
3
355 nm
Tiempo [s]
0,0 0,5 1,0 1,5
0
1
2
3
355 nm
Tiempo [ms]
126
La radiólisis de pulso de una solución de 2,3-DHOIA en acetona saturada con
oxígeno genera un espectro con características similares a aquellas observadas en una
solución del sustrato en acetonitrilo saturado con O2.128
El espectro de absorción después
de 10 s muestra una absorción fuerte sin un máximo de absorción distinguible en el
rango 350 – 650 nm, y una banda débil en 550 nm. La formación de la banda en 350 nm
presenta una cinética de formación de k = (2.2 0.6) 105 s1
, ligeramente menor que la
observada en acetonitrilo saturado con O2 a esta misma longitud de onda (k = 3.8 0.04
105 s1
)128
. Razonablemente, el catión radical de 2,3-DHOIA, A5+
, es responsable de
la absorción bajo 390 nm. Con el paso del tiempo, la absorción en la región entre 350 y
650 nm decrece en intensidad, pero no uniformemente, como lo indican las razones r =
(G350)/(G420) y (G350)/(G550), a distintos tiempos. Esto sugeriría la presencia del
aducto del catión radical (A5)2+
, formado como producto de la asociación de A5+
y
2,3-DHOIA original, A5. Esta información espectral y cinética concuerda con lo
observado y reportado previamente en acetonitrilo saturado con O2.128
3.4.6. 5-metoxi-2,3-dihidro-7H-dibenzo[de,h]quinolin-7-ona (A6)
De forma similar que para las 2,3-DHOIA, para 5-MeO-2,3-DHOIA/TCNE se
observó un rápido cambio en las características espectrales, con la aparición de dos
bandas de absorción en 290 y 415 nm que crecen juntas con la misma velocidad (k =
(4.4 0.04) 104
s1
) y pueden ser atribuidas al catión radical A6+
. El espectro
aparentemente no muestra una contribución significativa del anión radical TCNE
,
127
posiblemente porque su absorción estaría solapada por la del catión radical. Sin
embargo, es posible observar una absorción de poca intensidad del dímero (TCNE)22
en
515 nm (Figura 27-A), banda que crece lentamente, alcanzando el plateau a los 10
minutos.
El espectro de absorción transiente de 5-MeO-2,3-DHOIA en 1,2-dicloroetano
saturado con Ar se desarrolla lentamente alcanzando el plateau a los cientos de
microsegundos (Figura 27-B). Este espectro de absorción se caracteriza por 3 máximos
de absorción localizados en 345, 385 y 405 nm. Hasta 20 s después del pulso, las
bandas crecieron uniformemente en todas las longitudes de onda. Esto indica que las 3
absorciones pueden ser atribuidas al catión radical A6+
. En el dominio de tiempo entre
20 y 300 s los máximos de absorción continúan creciendo sin la aparición de otras
bandas. Esta última observación sugiere que el catión radical de 5-MeO-2,3-DHOIA
(A6+
) es formado en 1,2-DCE por dos procesos independientes, como vimos para los
casos anteriores (Ecuación 47).
ClCH2CH2Cl+
/ ClCHCH2+
+ A6 ClCH2CH2Cl / ClCH=CH2 + A6+
(47)
Los espectros de absorción fueron similares en soluciones de acetonitrilo y
acetona saturadas con O2.
128
Figura 27. (A) Espectros de absorción para la mezcla de reacción A6 0.1 mM/TCNE 10
mM a tiempo t = 0 (−−), 15 (−−), y 50 minutos (−−). El inserto muestra el perfil cinético
a diferentes longitudes de onda. (B) Espectros de absorción transiente de una solución de
5-MeO-2,3-DHOIA 0.1 mM en 1,2-dicloroetano saturado con Ar, observados a 4 s
(), 240 s (), y 1 ms () después del pulso de irradiación. Inserto: Perfiles de
tiempo de los transientes a 345 (), 385 (), y 405 nm (). (C) Los espectros de
absorción transientes de una solución de 5-MeO-2,3-DHOIA 0.1 mM en acetona
saturada con O2, observados a 2 s (), 6 s (), 60 s (), y 120 s () después del
pulso de irradiación. Inserto: Perfiles de tiempo de los transientes a 410 nm ().
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
1
2
300 400 500 600 700
0,0
0,1
0,2
0,3
Ab
sorb
an
cia
0 20 40
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4 290 nm
415 nm
515 nm
Time [min]
G x
[
dm
3J-1
cm
-1]
x 1
03
0 10 20
0
1
2
345 nm
385 nm
405 nm
Time[s]
0,0 0,5 1,0 1,50
1
2
345 nm
385 nm
405 nm
Time[ms]
Longitud de onda [nm]
0 5 10 15
0,0
0,1
0,2
0,3
410 nm
Time[s]
0,0 0,5 1,0 1,5
0,0
0,1
0,2
410 nm
Time[ms]
A
B
C
129
La Figura 27-C muestra los espectros de absorción transiente de 5-MeO-2,3-
DHOIA en acetona saturada con O2 obtenidos a distintos tiempos después del pulso de
irradiación. El espectro 6 s después del pulso es dominado por una absorción en 410
nm, con dos hombros débilmente desarrollados desplazados al azul y al rojo en los
rangos 385 – 395 nm y 440 –460 nm, respectivamente. La región del espectro bajo 350
nm no es accesible experimentalmente debido a fuertes absorciones del compuesto
original y el solvente. Es importante destacar que con el paso del tiempo el espectro de
absorción decae uniformemente en todas las longitudes de onda sugiriendo muy poca
contribución de la especie dimérica (A6)2+
en acetona. Estos espectros son muy
similares a los reportados en acetonitrilo saturado con O2, y asignados al catión radical
de 5-MeO-2,3-DHOIA,128
y a aquellos obtenidos en presencia de TCNE (Figura 27-A).
Las diferencias espectrales observadas entre las dos técnicas son previsibles debido al
uso de distintos solventes, y a la presencia de varias especies de TCNE en los
experimentos térmicos.
La presencia de un grupo metoxilo en la posición 5 del anillo aromático del
sustrato se traduce en una diferencia en la ubicación del máximo de absorción de los
cationes radicales de 2,3-DHOIA observados en acetonitrilo, acetona y 1,2-dicloroetano,
con un desplazamiento al rojo cerca de 50 nm.
La generación térmica de cationes radicales con TCNE, observada para todas las
oxoisoaporfinas estudiadas, sugiere que en presencia de un aceptor de electrones
adecuado, presente en el medio biológico, podría conducir a la formación de estos
130
cationes radicales de larga vida, los que pueden tener un papel importante en la
protección contra organismos patógenos, que estas fitoalexinas brindan a las plantas que
las producen. Esta posible acción de los cationes radicales se suma a los procesos
oxidativos por los mecanismos de Norrish tipo I y II, postulados en literatura.57-60
131
4. Conclusiones
El mecanismo involucrado en la fotorreducción de 3-aza-oxoisoaporfina y 2-
metil-3-aza-oxoisoaporfina con aminas donoras de H- es análogo al reportado para
oxoisoaporfinas. Sin embargo, la introducción de un segundo nitrógeno a la molécula en
las 3-aza-oxoisoaporfinas estabiliza los intermediarios cargados, incrementando los
rendimientos cuánticos de fotoconsumo a valores unitarios, lo que convierte a estos aza-
oxoisoaporfinas en los mejores fotoconversores de energía entre las oxoisoaporfinas
estudiadas. Por otra parte, dado el alto rendimiento cuántico de tripletes que presentan
las oxoisoaporfinas aromáticas, son excelentes fotosensibilizadores para la generación
de oxígeno singulete, considerando además su fotoestabilidad en presencia de oxígeno y
en distintos solventes.
La evidencia experimental muestra que se forman dos radicales neutros
hidrogenados, al igual que para las oxoisoaporfinas, y el radical hidrogenado sobre el
oxígeno carbonílico es la especie termodinámicamente más estable, lo que explica el
intercambio isotópico observado en las posiciones 4 y 6 de las oxoisoaporfinas
aromáticas estudiadas. Este intercambio isotópico selectivo resultaría potencialmente útil
para la marcación de este tipo de compuestos para su uso en estudios biomédicos,
resultando posible incluso realizar el intercambio H/T sobre los fotoproductos de la
reducción, con la adición de agua tritiada, T2O.
132
Si bien la formación de los cationes radicales de los 6 sustratos estudiados resultó
ser una reacción térmica de transferencia de electrón desde estos al tetracianoetileno, las
bandas de absorción observadas son claramente identificables con las que se observan en
los espectros obtenidos por radiólisis de pulso en 1,2-dicloroetano saturado con Ar,
donde sólo son generados los cationes radicales, confirmando la identidad de las
especies generadas térmicamente.
El hecho que los cationes radicales se puedan formar térmicamente significaría
que en un medio fisiológico vegetal estas oxoisoaporfinas, en presencia de un aceptor de
electrones con potencial de reducción similar al TCNE, podrían ser oxidadas a un catión
radical de larga vida, que puede ser una parte importante del sistema de defensa contra
organismos patógenos de estas fitoalexinas, en conjunto con los otros mecanismos
reportados.
133
5. Referencias
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Anexo: Publicaciones científicas
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151
152
153
154
155
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