Fotosensibilización de oxígeno singleteaplicaciones al estudio de la fotooxidación de tiocetonas y fotoerradicación de H. Pylori

Résumé

La investigación que se ha llevado a cabo en este trabajo centra su interés en el aprovechamiento de la energía transportada por la luz y su transferencia mediante fotosensibilización a la molécula de oxígeno para generar su estado excitado de menor energía, el oxígeno molecular singlete. La producción de esta especie reactiva del oxígeno puede ser aplicada en campos tan diversos como la síntesis química en el contexto de la Química Verde o en nuevos tratamientos médicos como las terapias fotodinámicas contra microorganismos resistentes a antibióticos o contra algunos tipos de cáncer. Desde un punto de vista de la reactividad química, el oxígeno singlete se comporta como una especie electrófila que es capaz de transformar, generalmente oxidándolos, a gran variedad de sustratos orgánicos (por ejemplo, alquenos, anillos aromáticos o grupos funcionales con heteroátomos). Aunque la estructura de los productos de estas reacciones es, en general, bien conocida, algunas cuestiones mecanísticas sobre la formación de los mismos están todavía abiertas a debate. Esta es la razón por la que el objetivo fundamental del primer capítulo de este trabajo fue ahondar en el mecanismo de fotooxidación de tiocetonas mediado por oxígeno singlete, planteando nuevas alternativas a la información previa disponible. Como consecuencia de las investigaciones llevadas a cabo en este campo se ha planteado un nuevo mecanismo de reacción. Los resultados obtenidos han permitido demostrar que el esquema general del mecanismo evoluciona a través de reacciones paralelas partiendo de un intermedio de reacción que se forma tras la reacción del oxígeno singlete con el grupo tiocetona. Además, al contrario de lo que se afirmaba previamente en la bibliografía, la cetona y el grupo sulfino no son los únicos fotoproductos de reacción, ya que se han detectado nuevos compuestos cuando la tiocetona tiene protones en posición alfa respecto al carbono tiocarbonílico. Igualmente, la distribución de fotoproductos es fuertemente dependiente del tipo de disolvente (prótico aprótico) y de la concentración inicial de tiocetona. Respecto a esta última prueba, se ha demostrado que el grupo sulfino procede de una reacción intermolecular en la que están implicadas dos moléculas de tiocetona. Tras alcanzar este conocimiento mecanístico, las investigaciones se ampliaron para obtener el grupo sulfino, un sustrato de interés en síntesis orgánica, bajo los principios de la Química Verde. Para ello se ha desarrollado un reactor de lecho fluidizado, donde la tiocetona y el fotosensibilizador están inmovilizados sobre gel de sílice. Con este sistema se ha conseguido la fotooxidación de tiocetonas a escala sintética, obteniendo el grupo sulfino como el producto mayoritario. En el segundo capítulo, teniendo en cuenta las propiedades oxidantes del oxígeno singlete el principal objetivo ha sido desarrollar nuevos fotosensibilizadores basados en derivados glicodendriméricos de 60 fullereno para ser aplicados en la fotoerradicación de H. pylori, una bacteria Gram-negativa que coloniza en humanos la mucosa gástrica. Actualmente, el desarrollo de fotosensibilizadores en terapia fotodinámica se focaliza en el reconocimiento selectivo entre los patógenos y el colorante fotosensibilizador. Por ello, el 60 fullereno se ha funcionalizado con estructuras glicodendriméricas periféricas portadoras de 6, 12 y 18 unidades de fucosa para que se establezcan interacciones multivalentes. Respecto a estos fotosensibilizadores, el resultado más relevante es el descenso en los valores de rendimiento cuántico de producción de oxígeno singlete debido a su agregación en agua. A pesar de este hecho, se ha ensayado in vitro la actividad fotodinámica de estos derivados contra H. pylori, comprobándose que los monoaductos de 60 fullereno portadores de 12 y 18 unidades de fucosa reducen cuatro órdenes de magnitud la población de H. pylori tras 30 minutos de irradiación con luz azul.