Hydrogen-Abstraction, Energy Transfer and Exciplex Formation in Photoactive Systems Based on Bile Acids

Abstract

[EN] Bile acids are a family of amphiphilic steroids that play a pivotal role in physiological functions such as elimination of cholesterol or solubilization of lipids. Chemically, they share a steroidal skeleton with an unusual cis fusion between rings A and B, a short lateral chain ending in a carboxylic acid moiety and different number of hydroxyl groups on the alpha-face. Hence, bile acids offer a versatile architecture that can be used to investigate photophysical processes of interest such as hydrogen atom transfer, through-bond energy trasfer, through-bond exciplex formation and DNA photodamage-related reactions. First, unmodified bile acids have been used to evaluate hydrogen atom trasfer to benzophenone-like triplet carbonyls. Dehydrogenation of bile acids at positions C-3 and/or C-7 by a radical-mediated mechanism from the excited state of benzophenone has been demonstrated. Moreover, synthesized lithocholic acid derivatives including benzophenone or carbazole as donors and a naphthalene, biphenyl or thymine as acceptors have been employed to investigate through-bond energy transfer and exciplex formation processes. Thus, energy transfer from benzophenone to naphthalene or biphenyl and extended through-bond exciplex formation in benzophenone/naphthalene and benzophenone/biphenyl linked systems has been demostrated by laser flash photolysis. Finally, bile acid derivatives incorporating one benzophenone and two thymine units with different degrees of freedom have been prepared to investigate the photochemical formation of oxetanes or thymine dimers. Photosensitized formation of cyclobutane pyrimidine dimers through the generation of a delocalized triplet excited state has been demonstrated in intermolecular systems, while oxetane formation is observed when the degrees of freedom are reduced.

[ES] Los ácidos biliares son una familia de esteroides anfifílicos que juegan un papel clave en diferentes funciones fisiológicas tales como la eliminación del colesterol o la solubilización de lípidos. Su estructura química está constituida por un esqueleto esteroideo con una fusión cis poco común entre los anillos A y B, una cadena lateral corta que termina con una función ácida y un número variable de grupos hidroxilo en la cara alfa. Por tanto, los ácidos biliares ofrecen una estructura versátil que puede ser utilizada para investigar procesos fotofísicos de interés como abstracción de hidrógeno, transferencia de energía y formación de exciplejos a larga distancia o reacciones relacionadas con el daño fotoinducido al ADN. En esta Tesis, en primer lugar, los ácidos biliares naturales se han utilizado para evaluar la abstracción de hidrógeno a carbonilos triplete en compuestos derivados de la benzofenona, demostrándose la deshidrogenación de los ácidos biliares en las posiciones C-3 y/o C-7 por un mecanismo radicalario desde el mencionado triplete de la benzofenona. En segundo lugar, se han preparado derivados de ácido litocólico que incluyen los dadores benzofenona o carbazol y los aceptores naftaleno, bifenilo o timina, que a continuación se han utilizado para investigar los procesos de transferencia de energía y formación de exciplejo intramolecular a larga distancia. De hecho, en los sistemas benzofenona/naftaleno y benzofenona/bifenilo, se demostró por fotólisis de destello láser la transferencia de energía desde benzofenona a naftaleno o bifenilo y la formación de exciplejo a larga distancia. Por último, se han preparado derivados de ácidos bliares que incorporan una unidad de benzofenona y dos de timina en diferentes posiciones del esqueleto para investigar la influencia de los diferentes grados de libertad en la formación fotosensibilizada de oxetanos o dímeros de timina. Gracias a ellos, se ha demostrado la formación fotosensibilizada de dímeros ciclobutánicos pirimidínicos a través de la generación de estados excitados triplete deslocalizados en sistemas en los que la benzofenona es intermolecular, mientras que se observa formación de oxetanos cuando los grados de libertad se ven reducidos.

[CA] Els àcids biliars són una família d'esteroides anfifílics que juguen un paper clau en funcions fisiològiques com l'eliminació del colesterol o la solubilització de lípids. La seua estructura química està constituïda per un esquelet esteroïdal amb una fusió cis entre els anells A i B poc comuna, una cadena lateral curta que acaba amb una funció àcida i un nombre diferent de grups hidroxil en la cara alfa. D'aquesta manera, els àcids biliars ofereixen una estructura versàtil que pot ser utilitzada per investigar processos fotofísics d'interès com abstracció d'hidrogen, transferència d'energia i formació de exciplexes a llarga distància o reaccions relacionades amb el dany a l'ADN induït per llum. En primer lloc, els àcids biliars naturals s'han utilitzat per avaluar la abstracció d'hidrogen a carbonils triplets derivats de la benzofenona, demostrant-se la deshidrogenació dels àcids biliars en les posicions C-3 i/o C-7 per un mecanisme radicalari des de l'estat excitat de la benzofenona. A més, derivats d'àcid litocòlic que inclouen els donadors benzofenona o carbazol i els acceptors naftalé, bifenil o timina s'han utilitzat per investigar els processos de transferència d'energia i formació de exciplexe a llarga distància. En els sistemes benzofenona /naftalé i benzofenona/bifenil la fotòlisis làser va demostrar la transferència d'energia des de benzofenona a naftalé o bifenil i la formació d'exciplexe a llarga distància. Finalment, per tal d'investigar la formació fotosensibilitzada d'oxetans o dímers de timina, s'han preparat derivats d'àcids bliars que incorporen una unitat de benzofenona i dues de timina amb diferents graus de llibertat. La formació fotosensibilitzada de dímers ciclobutànics pirimidínics mitjançant la generació d'estats excitats triplet deslocalitzats ha estat demostrada en sistemes intermoleculars, mentre que la formació d'oxetans s'observa quan els graus de llibertat es veuen reduïts.