Amortiguación de la fluorescencia del carbazol por alcaloides tropánicos (II)

DEPARTAMENTO DE QUIMICA FISICA UNIVERSIDAD DE GRANADA AMORTIGUACION DE LA FLUORESCENCIA DEL CARBAZOL POR ALCALOIDES TROP ANICOS (TI) Talavera, E. M., Quintero, B., Jiménez, M., Alvarez, J. M. RESUMEN Se ha estudiado la amortiguación de la fluorescencia en estado estacionario del carbazol por alcaloides tropánicos en acetonitrilo, en base a determinar las constan tes de velocidad bimoleculares de la amortiguación. Estas han resultado ser 1.2xl09 ly 5.8x108 M·I S·I para los sistemas carbazol-tropanol y carbazol-atropina respecti vamente. Además se da cuenta de la aparición de una nueva emisión fluorescente a mayores longitudes de onda. SUMMARY The fluorescence quenching of carbazole by tropanic alkaloids in acetonitrile has been studied in the steady-state, in order to determine the bimolecular quen ching rate constants. These constants are 1.2xl09 and 5.8x108 M·I S·I for the carbazole tropine and carbazole-atropine systems respectively. Besides the appearance of a new fluorescen emission at higher wavelenghts can be observed. INTRODUCCION En un trabajo previo (1) hemos demostrado la utilidad del carbazol como lumóforo para el estudio de la desactivación de fluorescencia por alcaloides tropánicos, así como el mecanismo a través del cual transcurren los procesos de excitación y desactivación del sistema carbazol-alcaloide tropánico en disolución de ciclohexano. Ars Pharmaceutica. Tomo XXXI. Núm. 3-4,1990. 151 -156. 152 ARS PHARMACEUTlCA Al objeto de un mejor conocimiento de la desactivación de fluorescencia del carbazol por tropánicos, se ha abordado el comportamiento fluorescente de tales sistemas en un medio polar no hidroxilado. MATERIAL Y METODOS Carbazol (99% Aldrich) fue recristalizado dos veces en etanol absoluto, secado y sublimado antes de usarlo. Endo-8-metil-8-azabiciclo [3.2.1] octan-3-01 (tropanol) y a-(hidroximetil) ácido bencenoacético 8-metil-8-azabiciclo [3.2.1.] oct-3-il ester (Atropina) grado analítico fueron donadas por Boehringer Ingelheim, recristalizados dos veces en n-heptano, y almacenados en desecador. Acetonitrilo Merck, grado espectroscópico fue utilizado como disolvente sin posterior purificación. Los espectros de absorción de las muestras fueron registrados en un Espectrofo tómetro Lambda 5 de Perkin-Elmer. Las medidas de fluorescencia en estado esta cionario se realizaron en un Espectrofluorímetro Shimadzu RF-5000 con un paso de banda de 15 Á Y 30 Á para excitación y emisión respectivamente. La longitud de onda de excitación fue 320.5 run. En todos los casos, las muestras fueron desoxigenadas en la cubeta de fluores cencia por paso de argón durante 4 minutos. RESULTADOS y DISCUSION En la fig. 1 se han representado los espectros de absorción de carbazol solo 5x 1O-5M y carbazol 5x 1O·5M -tropanol a distintas concentraciones; como se puede observar el cambio espectral es prácticamente nulo en los márgenes de concentra ción estudiados. Estos resultados parecen indicar que en el estado fundamental no hay complejación por enlace de hidrógeno, o que, en caso de haberla, su constante de equilibrio es despreciable (2). La figura 2 muestra los espectros de emisión del carbazol y de la mezcla carbazol-tropanol a distintas concentraciones en acetonitrilo. Con el aumento de la concentración de tropanol, se puede observar un decrecimiento de la intensidad de la banda de emisión típica del carbazol, así como la aparición a mayor longitud de onda de una nueva banda estructurada con máximos a 418, 444 y 475 run, que aumenta su intensidad con la concentración de tropanol. También se debe resaltar la presencia de un punto isoemisivo a 395 nm. Asimismo se ha registrado el espectro de emisión de carbazol (5xlO-5M) con diferentes concentraciones de tropanol (o atropina) en acetonitrilo antes y después de acidular con acético. En la fig. 3a se puede observar la desaparición de la banda centrada alrededor de los 450 nm, así como la ausencia de amortiguación en el medio acidulado. Además, se ha obtenido y representado, en la fig, 3b, el espectro :'i u z .. al a: o III al < ARS PHARMACEUTlCA O,201r---------------------------r 0,10 9 ,OO.:-+--r-... ---r- --,-----= =r==;---1 300 350 LONGITUD DE ONDA (nm J Fig. l. Espectro de absorción de carbazol 5x 10"M (--) y carbazol 5x 10" -tropanol (0.5x l O"-lOx l 0·2M) ( .... ). « > § � 400.00 325 500 l.ONGITUD DI:: ONOA (nm) 153 Fig. 2. Espectro de fluorescencia de carbazol 5x 10-'M Y tropanol a diferentes concentraciones, en disolución de acetonitrilo (1) 0.0, (2) 0.25x l 0-'; (3) 0.5x 10-'; (4) 1.0x 10'; (S) 2.0x 10'; (6) 4.0x 102M; (7) 6.0x I 0-'; (8) 8.0x 10'; (9) I Ox I O', (10) I Sx 10-'M. 154 ARS PHARMACEUTICA de emisión de una disolución de carbazol alcalinizada con NHpH. Se puede ob servar la aparición de una banda de parecidas características a la encontrada en el sistema carbazol-alcaloide tropánico. LONGITUD DE ONDA (nm) Fig. 3. a) Espectros de emisión de (1) carbazoÍ solo; (2) sistema carbazol-tropanol; (3) sistema carbazol-tropanol-ácido acético, en disolución de acetonitrilo. b) Espectros de emisión de (1) carbazol solo; (2) sistema carbazol NH40H. Todos estos resultados experimentales se pueden justificar, suponiendo la exis tencia de dos especies en el estado excitado, una de ellas el carbazol y otra especie, cuya asignación no se puede realizar con certeza plena con los medios de que se disponen, pero que, según el esquema propuesto para la desactivación en ciclo hexano O), pudiera ser el resultado de la transferencia de un protón al aceptor, en el estado excitado (3-4) que tras estabilizarse con el disolvente, emite a mayor longi tud de onda que el carbazol. ARS PHARMACEUTICA 155 Según Mataga (5), cuando no hay complejación o ésta es despreciable en el estado fundamental, y el estado excitado resulta desactivado por la formación de un complejo que no emite a la misma longitud de onda que el fluoróforo, se puede llevar a cabo un simple análisis de Stern-Volmer para el cálculo de la constante de velocidad bimolecular de la amortiguación. Así se ha medido la intensidad total de fluorescencia emitida por la disolución en presencia ( <l» Y ausencia ( <l> ) del amortiguador, a partir del área del espectro de fluorescencia entre 325 y 395 nm. En la figura 4 se puede observar que hay una concordancia muy buena entre los datos experimentales y la ecuación de Stern Volmer;lo que indica que la amortiguación es un proceso dinámico controlado por difusión. Los resultados obtenidos del ajuste por mínimos. cuadrados se indican en la tabla 1. ISO Fig. 4. Representación de Stern-Volmer para la desactivación por tropanol de carbazol 5x IO"M en disolución de acetonitrilo.<I>o y <1> son los rendimientos cuánticos de fluorescencia de carbazol solo y del sistema carbazol-tropanol. TABLA l Valores de las constantes de velocidad bimolecular de amortiguación calculadas mediante un análisis de Stern-Volmer para los sistemas carbazol/tropanol (Crr) y carbazol/atropina (C/A) usando acetonitrilo como disolvente. Sistema crr C/A 17.76 8.832 15.2 15.2 1.2X109 5.8X108 1.00 0.99 156 ARS PHARMACEUTlCA a) r es el coeficiente de detenninación, b) el valor de 'to para el carbazol en aceto nitrilo ha sido calculado a partir de la ecuación de Strickler-Berg (6). BIBLIOGRAFIA (1) TALA VERA, E.M., QUINTERO, B., JIMÉNEZ, M., AL V AREZ, J.M., Ars. Pharm. (en prensa). (2) MARTIN, M.M., Y W ARE, W.R., J. Phys. Chem., 82, 2770-2776, (1978). (3) MARTIN, M.M., IKEDA, N., OKADA, T. y,MATAGA, N., J. Phys. Chem., 86, 41484156 (1982). (4) MARTIN, M.M., MIYASAKA, H., KAREN, A. Y MATAGA, N., J. Phys. Chem., 89(1),182-185, (l?85). (5) MAT AGA, N. Y KUBOT A, T. In Molecular interactions and electronic spectra. Marcel Dekker: New York, pp. 346-351, (1970). (6) STRICKLER, S.J. y BERG, R.A., J. Chem. Phys., 37, 814, (1962).