BODIPY

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Ir a la navegación Ir a la búsqueda

Los 4-4-diflouro-4-borata-3a-azonia-4a-aza-s-indacenos abreviados como BODIPYs son compuestos químicos que presentan propiedades como estabilidad térmica y fotoquímica, un alto rendimiento cuántico de fluorescencia, absorción intensa, escasa formación de estado triplete, alta solubilidad y robustez química.

Estas características han hecho que estos compuestos se vuelvan de interés químico, bioquímico y físico, ya que estas propiedades han dado origen a ser probados como sensores químicos, tintes de láser, marcadores fluorescentes, capas activas en celdas fotovoltaicas, absorbentes de 2 fotones para tintes utilizados para el mapeo de células, colectores solares, OLEDs y acarreadores de fármacos.

Los bodipys han probado tener una gran variedad de aplicaciones en terapia fotodinámica, sensores químicos, tintes de láser, marcadores fluorescentes, compuestos activos en celdas fotovoltaicas, además estos compuestos pueden absorber 2 fotones, por lo que han sido aplicados en tintes para el mapeo de células y solares.

Celdas solares[editar]

En la búsqueda de fuentes alternas de energía, la energía solar está siendo explotada de varias formas, pero el método más familiar usa celdas solares basadas en silicio en las cuales la transformación directa de la luz del sol en electricidad se realiza a través de un efecto fotovoltaico. En este momento, estas celdas solares han mostrado un gran desarrollo y se han obtenido eficiencias de conversión de potencia eléctrica mayor al 20%, sin embargo, el alto costo de producción ha imposibilitado su amplio uso. Actualmente, la posibilidad de emplear materiales orgánicos en la fabricación de celdas solares ha sido considerada como una alternativa por diversos grupos de investigación.(2) La atracción hacia este campo es debida a la capacidad de modificar la estructura química de manera que se puedan modificar directamente las propiedades de los materiales cuando son depositados en forma de una película delgada.(3) La estructura electrónica de todos los semiconductores orgánicos está basada en la conjugación de los electrones- π. Un sistema conjugado está basado en una alteración de los enlaces sencillos y dobles carbono-carbono. Los enlaces sencillos están conformados por un par de electrones, mientras que los enlaces dobles contienen un enlace σ y un enlace π, los electrones π son más móviles que los electrones σ y pueden saltar de un sitio a otro entre los átomos de carbono gracias a la superposición mutua de los orbitales π a lo largo de la trayectoria de conjugación, que provoca que la densidad electrónica esté deslocalizada sobre el esqueleto conjugado. Este sistema de electrones π es esencial en las características electrónicas de materiales orgánicos: absorción y emisión de luz, transporte y generación de carga. (4)

La relación entre estructura y las propiedades de las moléculas orgánicas ayudan a comprender las propiedades de los dispositivos fotónicos existentes y predecir los materiales conjuntos ideales para su uso en la siguiente generación de dispositivos electrónicos.

El uso de los compuestos orgánicos como materiales activos en dispositivos electrónicos y opto electrónicos abren paso a un gran número de métodos eficientes y de bajo costo útiles para su fabricación y en algunos casos, estructuras complicadas que sean accesibles por métodos convencionales utilizando semiconductores convencionales. (5)

Los retos principales para las celdas orgánicas fotovoltaicas (OPVs) son el incremento de la eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica, la reducción de los costos de fabricación y alcanzar un mayor tiempo de vida.

Dipirrometano[editar]

Los dipirrometanos son compuestos claves en la química orgánica, ya que están involucrados en numerosas síntesis como: la síntesis de porfirinas tanto simétricas como asimétricas, o la formación de polímeros polipirrólicos, también a partir de estos se puede formar el BODIPY; [1] por tanto, se han convertido en importantes bloques de construcción de la química orgánica. [6]

Se caracterizan por contener dos unidades de pirrol unidas por un carbono sp3; donde el carbono que une a los pirroles recibe el nombre de posición meso. (Figura 1) [6]

Figura 1. Posición Meso

Síntesis[editar]

La síntesis de bodipys, se puede hacer por la condensación de pirrol con algún grupo carbonilo altamente electrofílico, bajo catálisis ácida, posteriormente se oxida con DDQ (2,3-Dicloro-5,6-Diciano-1,4-benzoquinona). Posteriormente se utiliza trietilamina y BF3·OEt2, como se ilustra en el esquema 13. [7]

Figura 2. Esquema general BODIPY

Acoplamiento cruzado de C-C catalizada por metales, sobre el núcleo de BODIPY[editar]

La presencia de un halógeno, unido al núcleo del BODIPY, permite la construcción de compuestos más complejos, esto se puede realizar por medio de reacciones de acoplamiento catalizadas por Paladio. Se pueden utilizar varios tipos de reacciones de acoplamiento; por ejemplo: la reacción de Sonogashira, Heck, Stille o Suzuki. Todas estas han sido utilizadas para introducir ya sea alquinos, alquenos y grupos arilo en el Bodipy. De la misma manera el enlace B-F queda intacto en este tipo de reacciones.[8]

Reacciones de acoplamiento cruzado C-C[editar]

Hace aproximadamente 25 años, un grupo japonés y un grupo de estados unidos simultáneamente diseñaron y ejecutaron reacciones de arilos o halogenuros de arilo con alquenos, catalizadas por paladio. En posteriores investigaciones, Richard Heck y su grupo demostraron la utilidad de esta transformación catalítica para formar enlaces C-C. De ahí se han formado numerosas variantes de las reacciones de acoplamiento como las de: Kumada, Suzuki, [9] Stille y Negishi. Utilizando solamente una cantidad catalítica de complejos de Pd (0). [10, 11]

Las reacciones de acoplamiento entre halogenuros vinílicos y acetilenos terminales han sido publicadas desde 1975, mediante la modificación de la reacción de Heck para extenderlo a acetilenos terminales. Por otro lado, las últimas modificaciones han sido desarrolladas basadas en la combinación con Cu como co-catalizador. (12)

La reacción de Sonogashira es otro tipo de reacción de acoplamiento C-C catalizada por paladio, para acetilenos terminares con haluros de arilo o vinilo. Para los bromuros de arilo, que son los reactivos menos efectivos, se necesita un calentamiento de 80°C aproximadamente para que la reacción sea eficiente. [13]

Sin embargo, este aumento en la temperatura aunado al aumento en las cantidades de Pd (3-5 mol%) y de Cu (5-10 mol%), hace que estas reacciones normalmente tengan productos secundarios causados por reacciones entre los acetilenos. Las reacciones de acoplamiento catalizadas por Pd-Cu como la reacción de Sonogashira de acetilenos terminales con halogenuros de sp2-C proveen un útil método para sintetizar compuestos del tipo sp2-C y sp-C, una clase importante de moléculas que tienen aplicaciones en diversas áreas desde productos naturales y farmacéuticos, hasta materiales orgánicos en nanomateriales. [14]

Bibliografía[editar]

  • A. Loudet, K. Burguess. Chem. Rev. 2007; 107, 4891-4932.
  • P-A. Faugeras, B. Boëns, P-H. Elchinger, J. Vergnaud, K. Teste, R. Zerrouki, Tetrahedron Lett. 2010, 51, 4630-4632.
  • A. M. Bagher, Sustainable Energy, 2014, 3, 85-90.
  • J. Li. Name Reactions. A Collection of Detailed Mechanisms and Synthetic Applications. Springer, New York, 4°Ed. 2009.
  • S. Murase, T. Tominaga, A. Kohama, Eur. Pat. 1253151a, 2002.
  • G. Ulrich, C. Goze, M. Guardigli, A. Roda, R. Ziessel, Angew. Chem. 2005, 117, 3760-3764; Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 3694-3398.
  • C. Goze, G. Ulrich, L. J. Mallon,B. D. Allen, A. Harriman, R. Ziessel, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10231-10239.
  • C. Goze, G. Ulrich, R. Ziessel, J. Org. Chem. 2007, 72, 313-322.
  • C. Goze, G. Ulrich, R. Ziessel, Org. Lett. 2006, 8, 4445-4448.
  • J. Tsuji, Palladium reagents and catalyst – new perspectives for the 21st century. 2nd ed. 2004 Ed. John Wiley & Sons, Ltd West Sussex, England.
  • D. Gerbino, S. Mandolesi, H-G. Schmalz, J. Podestá Eur. J. Org. Chem. 2009, 3964-3972.
  • F. Diederich, P. Stang, Metal catalyzed Cross-coupling reactions. 1st ed. 1998 Ed. Wiley-VCH Weinheim, Germany.
  • T. Hundertmark, A. Littke, S. Buchwald, G. Fu, Org. Lett. 2000, 2, 12 1729-1731.
  • K. Sonogashira, J. Organomet. Chem. 2002, 653, 46-49.