Rodríguez / Ríos

Dinámica y mecanismo de procesos fotoinducidos de transferencia protónica y electrónica en materiales moleculares y sistemas biológicos

Uno de los objetivos principales de nuestro trabajo es el estudio de la dinámica y el mecanismo de procesos de transferencia protónica. Esta materia es objeto de investigación para comprender aspectos químicos esenciales de los procesos ácido-base y para desentrañar el mecanismo de transporte de protones a través de las membranas biológicas o de las membranas de intercambio protónico de las pilas de combustible, consideradas como principales alternativas “verdes” a los actuales motores de combustión.

El estudio de las reacciones de transferencia protónica fotoinducidas constituye una estrategia muy eficaz para investigar la dinámica de la transferencia protónica. En determinadas especies con grupos ácidos o básicos, la excitación electrónica provoca grandes cambios en las propiedades ácido-base. En estas especies, la absorción de luz inicia procesos de transferencia protónica cuya dinámica puede estudiarse en escalas de tiempo ultrarrápidas con técnicas espectroscópicas. Nosotros utilizamos técnicas de medida de absorción transitoria y fluorescencia con resolución temporal que nos permitieron demostrar que la velocidad del proceso intrínseco de transferencia protónica de un ácido muy fuerte al disolvente está controlada por la velocidad de solvatación (J. Am. Chem. Soc. 2007), y que el proceso transcurre en varias etapas (J. Phys. Chem. B 2013 y J. Phys. Chem. Lett. 2014).

           

En un reciente trabajo (Phys. Chem. Chem. Phys. 2018) hemos podido demostrar que los dímeros de agua (o alcohol) determinan la desactivación de la fluorescencia de N-metilquinolinio. Nuestros resultados son consistentes con la existencia de un proceso fotoinducido de transferencia protónica y electrónica acoplada (PCET) en un complejo intermedio del quinolinio excitado con un par de moléculas de los compuestos hidroxílicos, unidos por enlace de hidrógeno. En estos pares, una molécula de agua o alcohol es capaz de donar un electrón al quinolinio excitado y un protón a la segunda molécula hidroxílica, mostrando un poder reductor incrementado en comparación con la molécula aislada. Estos resultados pueden ser relevantes para el estudio de fuentes de energía renovable, disociación del agua y producción de combustibles a través de energía solar, y contribuir a la comprensión de los procesos de fotorelajación y transferencia electrónica de biomoléculas, en los cuales el agua juega un papel fundamental.