Posfuncionalización de colorantes bodipy para aplicaciones fotónicas y biofotónica

Resumen

El objetivo de la presente Tesis doctoral es el diseño, síntesis y estudio de nuevos fluoróforos orgánicos con el fin de proporcionar soluciones químicas para el rápido desarrollo de sondas fluorescentes para aplicaciones avanzadas en biología y tecnología. Desde el punto de vista de la química orgánica, hemos basado nuestra investigación en el desarrollo de métodos fáciles, versátiles y eficientes para la posfuncionalización química del fluoróforo BODIPY (4-bora-3a,4a- diaza-s-indaceno). El manuscrito de la tesis se puede dividir en dos partes principales. La primera parte (Capítulos 2-4) describe una estrategia general y práctica para la incorporación directa en un solo paso de alfa- o beta-hidroxiácidos en el átomo de boro de los colorantes F-BODIPY para proporcionar los derivados O-BODIPY correspondientes. Los nuevos colorantes presentan un sistema B- espiránico en el que las dos subunidades están unidas ortogonalmente combinando las propiedades estructurales y fisicoquímicas de los componentes seleccionados para mejorar así las propiedades del sistema final con respecto a la solubilidad en agua, la estabilidad fotoquímica, la eficiencia láser, la bioselectividad o evitar los procesos de agregación intermolecular que apagan la fluorescencia. La estrategia permitió la preparación de sondas novedosas con un diseño estructural minimalista, evitando rutas sintéticas complicadas que requieren una gran cantidad de etapas. Además, nuestro protocolo eficiente y optimizado puede extenderse directamente a otros F-BODIPY de partida con diversas propiedades fotofísicas. La segunda parte de la memoria persigue el desarrollo de un nuevo método sintético para la posfuncionalización de BODIPYs sin afectar significativamente a sus propiedades fotofísicas únicas. La estrategia desarrollada permite la introducción directa de C-, N-, P-, O-, S- y halo- sustituyentes en los grupos metilo en C3/5 del cromóforo de forma no conjugada a través de una reacción de sustitución nucleófila. Esta nueva estrategia se ha utilizado para la síntesis de una quimioteca de más de 50 sondas estructuralmente diversas para aplicaciones en una amplia variedad de campos científicos, lo que confirma la eficiencia, robustez y versatilidad de nuestro enfoque. Un cribado inicial del comportamiento fotofísico y de microscopía celular de los nuevos compuestos mostró que en su mayoría conservan las propiedades fotofísicas de la sonda inicial no funcionalizada, sin afectar significativamente las longitudes de onda de absorción y emisión, con baja o nula citotoxicidad en diferentes líneas celulares humanas y con diversas selectividades subcelulares.