Propriedades fotoquímicas de alguns complexos de ferro(II) e rênio(I)

Neste trabalho, foram estudadas as propriedades fotoquímica e/ou fotofísica de alguns compostos de coordenação de rênio(l) e ferro(I I). A irradiação dos complexos fac-[Re(CO)3(NN)(trans-L)]+, NN= 4,7-difenil-1,10- fenantrolina (ph2phen) ou 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) e L = 1,2-bis(4-piridil)etileno (bpe) ou 4-estirilpiridina (stpy), em acetonitrila ou em filme de poli(metacrilato de metila) (PMMA) resulta em variações espectrais condizentes com a fotoisomerização trans-cis do ligante coordenado. A determinação dos rendimentos quânticos para a fotorreação pela variação espectral resultou em valores aparentes, uma vez que o reagente e o fotoproduto absorvem na mesma região. Para a determinação do rendimento quântico real, Φreal, utilizou-se a técnica de 1H RMN, na qual os sinais do fotoproduto e do reagente são observados em regiões distintas com diferentes constantes de acoplamento. Os valores de Φreal obtidos para fac-[Re(CO)3h(NN)(trans-bpe)]+ (ph2phen: Φ313= 0,43 ± 0,03; Φ365= 0,44 ± 0,02; Φ404= 0,43 ± 0,02; Clphen: Φ313= 0,56 ± 0,03; Φ365= 0,55 ± 0,04; Φ404= 0,57 ± 0,06) são independentes do comprimento de onda de irradiação, indicando a existência de um único canal para a população do estado excitado 3ILtrans-bpe. Por outro lado, para fac-[Re(CO)3(NN)(trans-stpy)]+, os valores de Φreal sob irradiação a 404 nm são menores que os determinados para os demais comprimentos de onda de irradiação (ph2phen: Φ313= 0,60 ± 0,05; Φ365= 0,64 ± 0,09; Φ404= 0,42 ± 0,03; Clphen: Φ313= 0,52 ± 0,05; Φ365= 0,58 ± 0,02; Φ404= 0,41 ± 0,06), indicando que, a energias maiores, em que o Iigante absorve significativamente, deve existir a contribuição de outro canal para a população do estado excitado 3ILtrans-stpy. A eficiência do fotoprocesso foi avaliada por meio da substituição dos ligantes NN e/ou L, e a diferença nos valores de Φreal entre os complexos deve estar relacionada principalmente com as distintas eficiências de cruzamento intersistemas. o fotoprocesso altera as propriedades fotofísicas desses complexos. Os isômeros trans apresentam fraca ou nenhuma emissão a 298 K, enquanto os fotoprodutos, fac-[Re(CO)3(NN)(cis-L)]+, apresentam intensa luminescência dominada pelo estado excitado 3MLCTRe→NN, que é sensivel à rigidez do meio. A reatividade fotoquímica dos pentacianoferratos(II) [Fe(CN)5 (NN)]3-, NN= 2aminobenzilamina (aba), 2-aminobenzamida (ab), 2-(dimetilaminometil)-3-hidroxipiridina (dmampy), 2-aminometilpiridina (ampy), 2-aminoetilpiridina (aepy) ou 2-(2metilaminoetil) piridina (maepy), também foi investigada. A irradiação desses complexos resulta na fotossubstituição do CN-, a qual só pode ser detectada quando o ligante possui um segundo grupo coordenante nas proximidades da esfera de coordenação. Os rendimentos quânticos da fotossubstituição são dependentes do comprimento de onda de irradiação (Φ313= 0,13 ± 0,01; Φ334= 0,091 ± 0,001; Φ365= 0,056 ± 0,002; Φ404= 0,022 ± 0,002; Φ436= 0,015 ± 0,001, por exemplo, para NN = aba) e indicam a existência de canais distintos pelos quais a fotorreação ocorre ou as diferentes eficiências de cruzamento intersistema para a população do estado excitado reativo. A eficiência do fotoprocesso também depende do Iigante utilizado (λirr= 365 nm: Φaba= 0,056, Φab= 0,14, Φampy= 0,046, Φaepy= 0,066, Φmaepy= 0,069 e Φdmampy= 0,12). Na série das diaminas, o rendimento quântico é maior para [Fe(CN)5(ab)]3-, que possui dois sítios para ocorrer o fechamento do anel. Na série das aminopiridinas, observa-se a influência do comprimento da cadeia na eficiência do fechamento do anel. A presença de metilas ligadas ao nitrogênio alifático deve ter pouca ou nenhuma influência na eficiência do fotoprocesso.

Fotofísica de enodionas

Em 1906, Albrecht obteve a primeira enodiona conhecida, ao reagir benzoquinona com ciclopentadieno. A estrutura desta enodiona somente foi elucidada em 1928, por Diels e Alder que, entretanto, perceberam ser possív.el existirem dois diferentes isômeros para o composto em questão: endo e exo. A descoberta, em 1958, da reação de fotocilização deste aduto de Diels-Alder, por Cookson e colaboradores, demonstrou que se tratava do isômero endo e esta reação passou a ser utilizada para se comprovar a configuração endo de vários compostos de estrutura análoga. Porém, apesar de sua importância histórica como método para comprovar a configuração dos adutos de Diels-Alder, os dados disponíveis até hoje são insuficientes para o esclarecimento dos processos subjacentes à fotociclização desses compostos, especialmente porque hoje sabemos que existem adutos de configuração endo que não fotociclizam. Visando aumentar o conhecimento sobre o comportamento destes adutos frente à reação de fotociclização, determinaram-se seus espectros de absorção (na região do UVNisível) e de emissão de luminescência e concluiu-se, com base em nossos resultados e daqueles relatados na literatura, que o fato de não ocorrer a fotociclização de alguns adutos de configuração endo não depende exclusivamente da estabilidade dos estados excitados envolvidos, ainda que essa característica e a natureza destes certamente afete os rendimentos quânticos da reação. Antes, parece-nos que estruturas que permitam deslocalizar um dos elétrons do birradical intermediariamente formado neste processo propiciam a reversão deste intermediário ao reagente, ao invés de se formar o produto de fotociclização. Alem disso, reinvestigamos a reação de fotoisomerização endo → exo do aduto de benzoquinona e ciclopentadieno, por irradiação em etanol/trietil-amina, relatada por Pandey e colaboradores em 1990, tendo verificado que tal isomerização não ocorre nas condições descritas na literatura, obtendo-se, ao invés disso, principalmente o tautômero aromático da enodiona e seu produto de fotociclização. Por outro lado, descobrimos que, deixar em repouso, no escuro, o aduto de benzoquinona e ciclopentadieno em etanol/trietil-amina conduz,a um dímero deste aduto, não descrito previamente.

Síntese, caracterização e aplicações de fluoróforos derivados do BODIPY

O desenvolvimento de técnicas analíticas, espectroscópicas e de imagem baseadas na detecção da fluorescência está associado com a necessidade por marcadores fluorescentes com variadas características e aplicabilidades. Dentre os diversos marcadores fluorescentes disponíveis, os derivados de borodipirrometenos (BODIPY), descobertos no final da década de 1960, passaram a ser amplamente utilizados desde o final da década de 1980. Esta tese de doutorado se trata de um estudo pioneiro no Brasil, envolvendo a síntese, modificação química e caracterização fotofísica de BODIPYs. Na primeira etapa do projeto métodos de obtenção de BODIPYs foram estabelecidos e aplicados na síntese de uma biblioteca de sondas fluorescentes. O estudo fotofísico dessa biblioteca de fluoróforos nos possibilitou identificar e estudar particularidades de alguns fluoróforos, como o solvatocromismo, halocromismo e ionocromismo. A segunda etapa do projeto envolveu o estabelecimento de métodos de modificação química de BODIPYs visando a diversificação fotofísica e estrutural da biblioteca de compostos. Foram sintetizados BODIPYs reativos que foram submetidos a reações de substituição nucleofílica, Suzuki, Sonogashira, Knoevenagel e arilação direta, levando à obtenção de compostos com propriedades ópticas diversas. Por fim, na terceira etapa do projeto, está descrito o desenvolvimento de novos métodos de modificação química de fluoróforos BODIPY. Foi desenvolvido um método simples de tiocianação direta dessa classe de compostos com bons rendimentos, baseado na utilização de tiocianato de amônio e oxone ®. O escopo e as limitações do novo método de tiocianação foi estudado em BODIPYs com propriedades eletrônicas diversas. Foi mostrada ainda a conversão de BODIPYs tiocianados a derivados tioalquilados com características ópticas particulares. Em conclusão, com esta tese de doutorado foi estabelecida uma linha de pesquisa inovadora envolvendo a síntese e modificação química de uma classe de compostos com ampla aplicação tecnológica.

Reações fotoinduzidas em alguns complexos de rênio e desenvolvimento de dispositivos moleculares

Neste trabalho foi realizado o estudo do comportamento fotoquímico e fotofísico de complexos mononucleares de rênio do tipo fac-[Re(CO)3(N N)(L)]+(N N = 1,10-fenantrolina, phen, dipirido[3,2-a:2,3-c]fenazina, dppz, L= trans-1,2bis(4-piridil)etileno, trans-bpe, trans-4-estirilpiridina. trans-stpy) e dos complexos binucleares [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Re(phen)(CO)3]2+, [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Fe(CN5]2- e [(phen)(CO)3Re(trans-bpe)Os(terpy)(bpy)]3+. O enfoque principal deste trabalho é a investigação das propriedades fotoquímicas dos complexos fac-[ Re(CO)3(phen)(trans-bpe)]+, fac-[Re(CO)3(phen)(trans-stpy)]+ fac-[Re(CO)3(dppz)(trans-bpe)+ e [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Re(phen)(CO)3]2+. Observou-se que os compostos em solução de acetonitrila, sob irradiação a 313, 334 ou 365 nm, apresentam variação espectral com definição de pontos isosbésticos, resultante do processo de fotoisomerização trans→cis do ligante coordenado trans-piridil etileno. Os rendimentos quânticos, Φ, da reação de fotoisomerização foram calculados com base no decaimento espectral das bandas de absorção das transições eletrônicas. Os valores médios determinados para a fotoisomeriação dos complexos em solução de CH3CN variam de 0,15 - 0,39 sob excitação a 313 nm e de 0,12 - 0,33 sob excitação a 365 nm. As reações de fotoisomerização foram monitoradas também por medidas de emissão e por RMN de 1H. Observou-se um aumento da intensidade de luminescência com o tempo de irradiação dos complexos, consistente com o estado emissivo 3MLCT dπ[(Re)→π*(α-diimina). Após irradiação, as reações de fotoisomerização dos complexos foram monitoradas por RMN de 1H. Os sinais de prótons do isômero trans tiveram um decréscimo gradual, enquanto que a intensidade dos sinais referentes aos prótons da espécie cis aumentaram. Os rendimentos quânticos para o processo de fotoisomerização dos complexos foram calculados através da integração das áreas dos sinais de prótons. Os valores obtidos foram maiores, pelo menos o dobro, que aqueles valores obtidos via espectroscopia UV-Vis. O comportamento fotoquímico dos complexos incorporados em polimetacrilato de metila, PMMA, foi também investigado. A fotólise cios complexos em filmes de PMMA conduz à variação espectral, de absorção e emissão, similar àquela observada em solução de acetonitrila, atribuícla ao processo de fotoisomerização trans → cis do ligante coordenado. Este estudo mostra que a fotoisomerização do ligante coordenado trans-piridil etileno pode ser promovida também em meio rígido. Essa característica. típica de um dispositivo molecular, pode ser convenientemente explorada no desenvolvimento de fotossensores. As medidas de TRIR mostram que o estado excitado de menor energia para o fac-[Re(CO)3(phen)(trans-bpe)+ é o 3ππ*. Para o fac-[Re(CO)3(phen)(cis-bpe)]+ a ordem dos estados excitados aparecem invertidas com o 3MLCT <3ππ*, evidenciado pela emissão do complexo cis à temperatura ambiente. Nas espécies binucleares, [(phen) Re(CO)3(trans-bpe)Os(terpy)(bpy)]3+ e [(CO)3(phen)Re(trans-bpe)Fe(CN)5]2-, a fotoisomerização trans → cis do ligante coordenado trans-bpe, característica da subunidade fac-[Re(CO)3(phen)(trans-bpe)]+, é inibida pela competição de transferência de energia intramolecular. Em meio rígido, em PMMA ou em EPA a 77 K, os máximos de emissão dos complexos fac-[Re(CO)3(phen)(cis-bpe)]+, fac-[Re(CO)3(phen)(cis-stpy)r e [(CO)3(phen)Re(cis-bpe)Re(phen)(CO)3]2+ sofrem um deslocamento hipsocrômico com o aumento da rigidez do meio. As mudanças nas propriedades emissivas, em termos de energia e tempo de vida do estado excitado, são discutidas baseadas no efeito rigidocrômico luminescente. O trabalho mostra uma forma interessante de fotos sensibilizar um substrato orgâmco usando o fato de que a coordenação estende a absorção do ligante a uma região de comprimento de onda maior e promove a fotoisomerização assistida por complexos metálicos em energias menores.

Magnetism and photophysics in supramolecular transition-metal compounds

Based on a synthetic strategy, extended anionic, homo and bimetallic oxalato-bridged transition-metal compounds with two (2D) and three-dimensional (3D) connectivities can be synthesized and crystallized. Thereby, the choice of the templating counterions will determine the crystal chemistry. Since the oxalato bridge is a mediator for both antiferro and ferromagnetic interactions between similar and dissimilar metal ions, long-range magnetic ordering will occur. Examples of the determination of magnetic structures in 2D and 3D compounds by means of elastic neutron scattering methods will be discussed. In addition, due to the possibility of the variation of different metal ions in varying oxidation states, interesting photophysical processes can be observed within the extended three-dimensional host/guest systems.

Crystal Structures, Magnetic Structures and Photophysics in Supramolecular Transition-Metal Oxalate Compounds

Polymeric two- and three-dimensional, homo- and heterometallic oxalatebridged coordination compounds offer exciting opportunities, mainly in the fields of molecular magnetism and photophysics. Given that a large variety of magnetic phenomena have been reported so far from these molecular magnets, very limited experience is gained from elastic neutron scattering experiments. Therefore, with two examples, we will address the topic of the elucidation of magnetic structures by means of the neutron scattering technique. In addition, due to the possibility of the variation of different metal ions in varying oxidation states, interesting photophysical processes can be observed within the extended three-dimensional host/guest systems.

Intra- vs intermolecular photoinduced electron transfer reactions of a macrocyclic donor-acceptor dyad

The synthesis, structural characterization, and photophysical behavior of a 14-membered tetraazamacrocycle with pendant 4-dimethylaminobenzyl (DMAB) and 9-anthracenylmethyl groups is reported (L-3, 6-((9-anthracenylmethyl)amino)-trans-6,13-dimethyl-13-((4-dimethylaminobenzyl)amino)-1,4,8,11-tetraaza-cyclotetradecane). In its free base form, this compound displays rapid intramolecular photoinduced electron transfer (PET) quenching of the anthracene emission, with both the secondary amines and the DMAB group capable of acting as electron donors. When complexed with Zn(II), the characteristic fluorescence of the anthracene chromophore is restored as the former of these pathways is deactivated by coordination. Importantly, it is shown that the DMAB group, which remains uncoordinated and PET active, acts only very weakly to quench emission, by comparison to the behavior of a model Zn complex lacking the pendant DMAB group, [ZnL2](2+) (Chart 1). By contrast, Stern-Volmer analysis of intermolecular quenching of [ZnL2](2+) by N,N-dimethylaniline (DMA) has shown that this reaction is diffusion limited. Hence, the pivotal role of the bridge in influencing intramolecular PET is highlighted.

Some aspects of the interaction of humic substances with metal ions

Humic substances are the major organic constituents of soils and sediments. They are heterogeneous, polyfunctional, polydisperse, macromolecular and have no accurately known chemical structure. Their interactions with radionuclides are particularly important since they provide leaching mechanisms from disposal sites. The central theme to this research is the interaction of heavy metal actinide analogues with humic materials. Studies described focus on selected aspects of the characteristics and properties of humic substances. Some novel approaches to experiments and data analysis are pursued. Several humic substances are studied; all but one are humic acids, and those used most extensively were obtained commercially. Some routine characterisation techniques are applied to samples in the first instance. Humic substances are coloured, but their ultra-violet and visible absorption spectra are featureless. Yet, they fluoresce over a wide range of wavelengths. Enhanced fluorescence in the presence of luminescent europium(III) ions is explained by energy transfer from irradiated humic acid to the metal ion in a photophysical model. Nuclear magnetic resonance spectroscopy is applied to the study of humic acids and their complexes with heavy metals. Proton and carbon-13 NMR provides some structural and functionality information; Paramagnetic lanthanide ions affect these spectra. Some heavy metals are studied as NMR nuclei, but measurements are restricted by their sensitivity. A humic acid is fractionated yielding a broad molecular weight distribution. Electrophoretic mobilities and particle radii determined by Laser Doppler Electrophoretic Light Scattering are sensitive to the conditions of the supporting media, and the concentration and particle size distribution of humic substances. In potentiometric titrations of humate dispersions, the organic matter responds slowly and the mineral acid addition is buffered. Proton concentration data is modelled and a mechanism is proposed involving two key stages, both resulting in proton release after some conformational changes.

Pressure induced structural changes and gas diffusion pathways in monomeric fluorescent proteins

Fluorescent proteins (FPs) are extremely valuable biochemical markers which have found a wide range of applications in cellular and molecular biology research. The monomeric variants of red fluorescent proteins (RFPs), known as mFruits, have been especially valuable for in vivo applications in mammalian cell imaging. Fluorescent proteins consist of a chromophore caged in the beta-barrel protein scaffold. The photophysical properties of an FP is determined by its chromophore structure and its interactions with the protein barrel. Application of hydrostatic pressure on FPs results in the modification of the chromophore environment which allows a systematic study of the role of the protein-chromophore interactions on photophysical properties of FPs. Using Molecular Dynamics (MD) computer simulations, I investigated the pressure induced structural changes in the monomeric variants mCherry, mStrawberry, and Citrine. The results explain the molecular basis for experimentally observed pressure responses among FP variants. It is found that the barrel flexibility, hydrogen bonding interactions and chromophore planarity of the FPs can be correlated to their contrasting photophysical properties at vaious pressures. I also investigated the oxygen diffusion pathways in mOrange and mOrange2 which exhibit marked differences in oxygen sensitivities as well as photostability. Such computational identifications of structural changes and oxygen diffusion pathways are important in guiding mutagenesis efforts to design fluorescent proteins with improved photophysical properties.

Synthetic Approaches to Flexible Fluorescent Conjugated Polymers

Conjugated polymers (CPs) are intrinsically fluorescent materials that have been used for various biological applications including imaging, sensing, and delivery of biologically active substances. The synthetic control over flexibility and biodegradability of these materials aids the understanding of the structure-function relationships among the photophysical properties, the self-assembly behaviors of the corresponding conjugated polymer nanoparticles (CPNs), and the cellular behaviors of CPNs, such as toxicity, cellular uptake mechanisms, and sub-cellular localization patterns. Synthetic approaches towards two classes of flexible CPs with well-preserved fluorescent properties are described. The synthesis of flexible poly(p-phenylenebutadiynylene)s (PPBs) uses competing Sonogashira and Glaser coupling reactions and the differences in monomer reactivity to incorporate a small amount (~10%) of flexible, non-conjugated linkers into the backbone. The reaction conditions provide limited control over the proportion of flexible monomer incorporation. Improved synthetic control was achieved in a series of flexible poly(p-phenyleneethynylene)s (PPEs) using modified Sonogashira conditions. In addition to controlling the degree of flexibility, the linker provides disruption of backbone conjugation that offers control of the length of conjugated segments within the polymer chain. Therefore, such control also results in the modulation of the photophysical properties of the materials. CPNs fabricated from flexible PPBs are non-toxic to cells, and exhibit subcellular localization patterns clearly different from those observed with non-flexible PPE CPNs. The subcellular localization patterns of the flexible PPEs have not yet been determined, due to the toxicity of the materials, most likely related to the side-chain structure used in this series. The study of the effect of CP flexibility on self-assembly reorganization upon polyanion complexation is presented. Owing to its high rigidity and hydrophobicity, the PPB backbone undergoes reorganization more readily than PPE. The effects are enhanced in the presence of the flexible linker, which enables more efficient π-π stacking of the aromatic backbone segments. Flexibility has minimal effects on the self-assembly of PPEs. Understanding the role of flexibility on the biophysical behaviors of CPNs is key to the successful development of novel efficient fluorescent therapeutic delivery vehicles.

Synthesis and Properties of a Series of 1,1,n,n-Tetramethyl[n](2,11)teropyrenophanes

The work described in this thesis revolves around the 1,1,n,ntetramethyl[n](2,11)teropyrenophanes, which are a series of [n]cyclophanes with a severely bent, board-shaped polynuclear aromatic hydrocarbons (PAH). The thesis is divided into seven Chapters. The first Chapter conatins an overview of the seminal work on [n]cyclophanes of the first two members of the “capped rylene” series of PAHs: benzene and pyrene. Three different general strategies for the synthesis of [n]cyclophanes are discussed and this leads in to a discussion of some slected syntheses of [n]paracyclopahnes and [n](2,7)pyrenophanes. The chemical, structural, spectroscopic and photophysical properties of these benzene and pyrene-derived cyclophanes are discussed with emphasis on the changes that occur with changes in the structure of the aromatic system. Chapter 1 concludes with a brief introduction to [n]cyclophanes of the fourth member of the capped rylene series of PAHs: teropyrene. The focus of the work described in Chapter 2 is the synthesis of of 1,1,n,ntetramethyl[n](2,11)teropyrenophane (n = 6 and 7) using a double-McMurry strategy. While the synthesis 1,1,7,7-tetramethyl[7](2,11)teropyrenophane was successful, the synthesis of the lower homologue 1,1,6,6-tetramethyl[6](2,11)teropyrenophane was not. The conformational behaviour of [n.2]pyrenophanes was also studied by 1H NMR spectroscopy and this provided a conformation-based rationale for the failure of the synthesis of 1,1,6,6-tetramethyl[6](2,11)teropyrenophane. Chapter 3 contains details of the synthesis of 1,1,n,n-tetramethyl[n](2,11)teropyrenophanes (n = 7-9) using a Wurtz / McMurry strategy, which proved to be more general than the double McMurry strategy. The three teropyrenophanes were obtained in ca. 10 milligram quantities. Trends in the spectroscopic properties that accompany changes in the structure of the teropyrene system are discussed. A violation of Kasha’s rule was observed when the teropyrenophanes were irradiated at 260 nm. The work described in the fourth Chapter concentrates on the development of gram-scale syntheses of 1,1,n,n-tetramethyl[n](2,11)teropyrenophanes (n = 7–10) using the Wurtz / McMurry strategy. Several major modifications to the orginal synthetic pathway had to be made to enable the first several steps to be performed comfortably on tens of grams of material. Solubility problems severely limited the amount of material that could be produced at a late stage of the synthetic pathways leading to the evennumbered members of the series (n = 8, 10). Ultimately, only 1,1,9,9- tetramethyl[9](2,11)teropyrenophane was synthesized on a multi-gram scale. In the final step in the synthesis, a valence isomerization / dehydrogenation (VID) reaction, the teropyrenophane was observed to become unstable under the conditions of its formation at n = 8. The synthesis of 1,1,10,10-tetramethyl[10](2,11)teropyrenophane was achieved for the first time, but only on a few hundred milligram scale. In Chapter 5, the results of an investigation of the electrophilic aromatic bromination of the 1,1,n,n-tetramethyl[n](2,11)teropyrenophanes (n = 7–10) are presented. Being the most abundant cyclophane, most of the work was performed on 1,1,9,9-tetramethyl[9](2,11)teropyrenophane. Reaction of this compound with varying amounts of of bromine revealed that bromination occurs most rapidly at the symmetryrelated 4, 9, 13 and 18 positions (teropyrene numbering) and that the 4,9,13,18- tetrabromide could be formed exclusively. Subsequent bromination occurs selectively on the symmetry-related 6, 7, 15 and 16 positions (teropyrene numbering), but considerably more slowly. Only mixtures of penta-, hexa-, hepta and octabromides could be formed. Bromination reactions of the higher and lower homologues (n = 7, 8 and 10) revealed that the reactivity of the teropyrene system increased with the degree of bend. Crystal structures of some tetra-, hexa-, hepta- and octa-brominated products were obtained. The goal of the work described in Chapter 6 is to use 1,1,9,9- tetramethyl[9](2,11)teropyrenophane as a starting material for the synthesis of warped nanographenophanes. A bromination, Suzuki-Miyaura, cyclodehydrogenation sequence was unsuccessful, as was a C–H arylation / cyclodehydrogenation approach. Itami’s recently-developed K-region-selective annulative -extension (APEX) reaction proved to be successful, affording a giant [n]cyclophane with a C84 PAH. Attempted bay-region Diels-Alder reactions and some cursory host-guest chemistry of teropyrenophanes are also discussed. In Chapter 7 a synthetic approach toward a planar model compound, 2,11-di-tbutylteropyrene, is described. The synthesis could not be completed owing to solubility problems at the end of the synthetic pathway.

Hydroxyamidinates et polymères de coordination : suspicions et valences mixtes

Dans un contexte où l’énergie représente un enjeu majeur pour les pays et organisations à économies émergentes et développées, la recherche de nouvelles sources renouvelables et la démocratisation des vecteurs énergétiques permettant l’approvisionnement mondial de façon durable constitue un devoir pour la communauté scientifique internationale. D’ailleurs, il serait essentiel que les nombreuses disciplines de la chimie concertent leurs efforts. Plus particulièrement, la croissance de la recherche en chimie de coordination orientée vers la photosynthèse artificielle ainsi que le développement de matériaux fonctionnels démontre l’importance indéniable de ce champ de recherche. Ce travail présente dans un premier temps l’étude des différentes voies de synthèse d’hydroxyamidines, un ligand chélatant aux propriétés de coordination prometteuses ne recevant que très peu d’attention de la part de la communauté scientifique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le développement d’une stratégie d’assemblage de leurs complexes supramoléculaires impliquant des métaux de transition abondants et peu dispendieux de la première rangée. Dans un troisième temps, il sera question de l’investigation de leurs propriétés photophysiques et électrochimiques à des fins d’applications au sein de matériaux fonctionnels. Pour ce faire, les différentes voies de synthèse des hydroxyamidines et de leurs amidines correspondantes qui ont précédemment été étudiées par les membres du groupe seront tout d’abord perfectionnées, puis investiguées afin de déterminer leur versatilité. Ensuite, les propriétés de complexation des amox résultantes comportant des motifs sélectionnés seront déterminées pour enfin étudier les propriétés photophysiques et électrochimiques d’une série de complexes de métaux de transition de la première rangée. En somme, plusieurs designs qu’offrent les amox et bis-amox sont étudiés et les propriétés des architectures résultantes de leur auto-assemblage sont déterminées.

It’s a Trap! Unravelling Reversible Charge Trapping in Nanocrystals Through Single Particle and Ensemble Studies

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Síntese de compostos multiporfirínicos covalentes

Nesta tese descreve-se a síntese de compostos multiporfirínicos covalentes bem como a avaliação da potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos e para a construção de estruturas supramoleculares com fulerenos. No capítulo 1 desta tese é feita uma introdução à química, propriedades e aplicações das porfirinas e sistemas multiporfirínicos. Relativamente aos sistemas multiporfirínicos é feita uma revisão bibliográfica acerca das estratégias de síntese e abordagem geral à química supramolecular de sistemas porfirina-fulereno. No capítulo 2 são apresentados os resultados referentes à síntese e caracterização dos vários sistemas multiporfirínicos desenvolvidos neste trabalho. De um modo geral, a síntese desses compostos envolveu reações de substituição aromática nucleofílica. Para esse efeito foi necessário preparar porfirinas de partida contendo grupos nucleofílicos nas posições meso (-C6H4OH e -C6H4NH2). Os sistemas multiporfirínicos foram obtidos por reações entre as porfirinas de partida e hexafluorobenzeno ou 5,10,15,20tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. Descreve-se também a síntese de uma díade porfirina-C60 e de uma pentíade contendo quatro unidades de porfirina e uma de C60, envolvendo reações de cicloadição 1,3-dipolar e de substituição aromática nucleofílica. Os estudos efetuados ao nível da aplicação de alguns dos novos sistemas multiporfirínicos sintetizados e de um dos seus precursores, a 5-[4(pentafluorofeniloxi)fenil]-10,15,20-trifenilporfirina, como sensores de iões metálicos encontram-se descritos no capítulo 3. Neste capítulo, a título introdutório, é feita uma breve abordagem aos quimiossensores colorimétricos e de fluorescência, apresentando também alguns exemplos de porfirinas como quimiossensores de iões metálicos já descritos na literatura científica. A caracterização fotofísica dos compostos em estudo também é descrita neste capítulo. Os compostos estudados mostraram capacidade de interagir com vários iões metálicos, verificando-se um aumento da seletividade para o ião Hg2+ com o aumento do número de unidades porfirínicas constituintes dos sistemas multiporfirínicos. Os resultados referentes aos estudos de complexação de alguns dos sistemas multiporfirínicos sintetizados com fulerenos encontram-se descritos no capítulo 4. Neste capítulo descreve-se também a caracterização fotofísica dos compostos em estudo. Os estudos realizados com os sistemas multiporfirínicos mostraram uma fraca interação com os fulerenos C60 e C70. No entanto, os valores das constantes de afinidade obtidos com 1-metil-2-(4piridil)[60]fulero[c]pirrolidina mostraram que os sistemas multiporfirínicos apresentam capacidade para formar complexos com este derivado de C60 por coordenação axial e por interações π-π. No capítulo 5 é discutido o trabalho que envolveu o desenvolvimento de novos métodos na síntese de derivados tetrapirrólicos do tipo pirrolo[3,4-b]porfirinas contendo um grupo NH livre no anel exocíclico. A estratégia de síntese requereu a preparação de uma clorina fundida com um anel pirrolina seguida da redução do anel pirrolina. Deste modo obteve-se uma nova clorina fundida com um anel pirrolidina contendo um grupo NH livre. Esta nova clorina foi usada na preparação de uma díade clorina-porfirina por reação de N-arilação com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. A estrutura cristalina da nova díade foi resolvida por difração de raios-X de cristal único. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a diversas técnicas espectroscópicas nomeadamente ressonância magnética nuclear (RMN de 1H, 13C e 19F), espectrometria de massa e espectrofotometria de UVvis. No último capítulo desta tese descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efetuadas, incluindo os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados bem como as medições espectrofotométricas e espectrofluorimétricas.

Hydroxyamidinates et polymères de coordination : suspicions et valences mixtes

Dans un contexte où l’énergie représente un enjeu majeur pour les pays et organisations à économies émergentes et développées, la recherche de nouvelles sources renouvelables et la démocratisation des vecteurs énergétiques permettant l’approvisionnement mondial de façon durable constitue un devoir pour la communauté scientifique internationale. D’ailleurs, il serait essentiel que les nombreuses disciplines de la chimie concertent leurs efforts. Plus particulièrement, la croissance de la recherche en chimie de coordination orientée vers la photosynthèse artificielle ainsi que le développement de matériaux fonctionnels démontre l’importance indéniable de ce champ de recherche. Ce travail présente dans un premier temps l’étude des différentes voies de synthèse d’hydroxyamidines, un ligand chélatant aux propriétés de coordination prometteuses ne recevant que très peu d’attention de la part de la communauté scientifique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le développement d’une stratégie d’assemblage de leurs complexes supramoléculaires impliquant des métaux de transition abondants et peu dispendieux de la première rangée. Dans un troisième temps, il sera question de l’investigation de leurs propriétés photophysiques et électrochimiques à des fins d’applications au sein de matériaux fonctionnels. Pour ce faire, les différentes voies de synthèse des hydroxyamidines et de leurs amidines correspondantes qui ont précédemment été étudiées par les membres du groupe seront tout d’abord perfectionnées, puis investiguées afin de déterminer leur versatilité. Ensuite, les propriétés de complexation des amox résultantes comportant des motifs sélectionnés seront déterminées pour enfin étudier les propriétés photophysiques et électrochimiques d’une série de complexes de métaux de transition de la première rangée. En somme, plusieurs designs qu’offrent les amox et bis-amox sont étudiés et les propriétés des architectures résultantes de leur auto-assemblage sont déterminées.