RESONANCE RAMAN-SPECTRA OF THE TRIPLET-STATE OF FREE-BASE TETRAPHENYLPORPHYRIN AND 6 OF ITS ISOTOPOMERS

The resonance Raman spectra of the ground state and the lowest excited tripler state of free-base tetraphenylporphyrin and six of its isotopomers have been obtained using two-color time-resolved techniques. Ground-state spectra were recorded using low-energy 447 nm probe laser pulses, and triplet-state spectra were probed, with similar pulses, 30 ns after high-energy excitation with 532 nm pump pulses. Polarization data on both the ground and triplet states are also reported. The resonance Raman spectrum of the triplet is very different from that of the ground state but the combination of extensive isotope substitution with polarization data allows bands in the ground state to be assigned and corresponding bands in the tripler state to be located. Isotope shifts of the same bands in the S-0 and T-1 states are similar, implying that the compositions of the vibrational modes do not change significantly on excitation. Two of the strongest bands in the T-1 spectra are associated with phenyl ring substituents; these are shifted less than 5 cm(-1) between the S-0 and T-1 states so that bonding in the phenyl substituents is barely affected by excitation to the T-1 state. The changes in position of the porphyrin ring bands are larger, but still only tens of cm(-1) or less, the main changes in the spectra being due to differences in relative band intensities in the two states. The relatively small shifts in the porphyrin ring band positions which are observed show that the excitation energy is not localized on a single small region of the molecule but is delocalized over the entire porphyrin skeleton. This picture of an excited species with high chemical reactivity, but with individual bonds only slightly perturbed from the ground state, is contrasted with molecules, such as benzophenone, where excitation causes a large perturbation in the bonding within a single functional group.

TIME-RESOLVED RESONANCE RAMAN-SPECTROSCOPY OF EXCITED SINGLET AND TRIPLET-STATES OF FREE-BASE MESO-TETRAPHENYLPORPHYRIN

Two-color time-resolved resonance Raman spectroscopy has been used to probe the lowest excited singlet (S1) and triplet (T1) states of free-base meso-tetraphenylporphyrin and meso-tetrakis(4-sulphonatophenyl)porphyrin in solution at room temperature. The spectra were recorded using 532-nm excitation pulses and time-delayed probe pulses (DELTAT = 0-30 ns, 447 and 460 nm) near lambda(max) of the S1 and T1 states. Significant shifts in frequency of the porphyrin core vibrations were observed upon excitation to either the S1 or T1 state. Several of the strongest polarized bands in the spectra of both excited states, including nu1, nu2, nu4, nu6, and phi4, are assigned, and the information they give on the differences in electron distribution in the ground, S1, and T1 states is discussed.

OXOIRON(IV) PORPHYRINS DERIVED FROM CHARGED IRON(III) TETRAARYLPORPHYRINS AND CHEMICAL OXIDANTS IN AQUEOUS AND METHANOLIC SOLUTIONS

The oxidation of six charged iron(III) tetraarylporphyrins with chemical oxidants has been investigated. In aqueous solution each can be converted by tert-butyl hydroperoxide or monopersulphate into its corresponding oxoiron(IV) porphyrin, whereas in methanol only the iron(III) tetra(N-methylpyridyl)porphyrins form detectable ferryl porphyrins at ambient temperatures. On standing, the iron species revert to the parent porphyrin with a small loss due to non-reversible oxidative destruction. That the oxidised porphyrin intermediates are oxoiron(IV) species has been determined using UV-VIS, resonance Raman, H1 NMR and EPR spectroscopy.

Demonstration of a novel, flexible, photocatalytic oxygen-scavenging polymer film

The preparation of a novel, flexible, photocatalytic, oxygen-scavenging polymer film is described. The film incorporates nanocrystalline titania particles in an ethyl cellulose polymer film, with or without an added sacrificial electron donor of triethanolamine. When coated on the inside of a glass vessel its UV-driven light-scavenging action is demonstrated by platinum octaethyl porphyrin coated glass beads sealed inside, since their luminescence increases with increasing UV-irradiation time. When used as a flexible film, work with an oxygen electrode shows that the film is able to scavenge oxygen at an average rate of 0.017 cm(3) O-2 h(-1) cm(-2) over a 24 h period, which compares favourably to other, well-established oxygen-scavenger systems. The potential of using such as system for oxygen scavenging in packaging is discussed briefly. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Controlling Assembly of Mixed Thiol Monolayers on Silver Nanoparticles to Tune Their Surface Properties

Modifying the surfaces of metal nanoparticles with self-assembled monolayers of functionalized thiols provides a simple and direct method to alter their surface properties. Mixed self-assembled monolayers can extend this approach since, in principle, the surfaces can be tuned by altering the proportion of each modifier that is adsorbed. However, this works best if the composition and microstructure of the monolayers can be controlled. Here, we have modified preprepared silver colloids with binary mixtures of thiols at varying concentrations and modifier ratios. Surface-enhanced Raman spectroscopy was then used to determine the effect of altering these parameters on the composition of the resulting mixed monolayers. The data could be explained using a new model based on a modified competitive Langmuir approach. It was found that the composition of the mixed monolayer only reflected the ratio of modifiers in the feedstock when the total amount of modifier was sufficient for approximately one monolayer coverage. At higher modifier concentrations the thermodynamically favored modifier dominated, but working at near monolayer concentrations allowed the surface composition to be controlled by changing the ratios of modifiers. Finally, a positively charged porphyrin probe molecule was used to investigate the microstructure of the mixed monolayers, i.e., homogeneous versus domains. In this case the modifier domains were found to be <2 nm.

Surface localisation of photosensitisers on intraocular lens biomaterials for prevention of infectious endophthalmitis and retinal protection

Cataract surgery is one of the most commonly-practiced surgical procedures in Western medicine, and, while complications are rare, the most serious is infectious postoperative endophthalmitis. Bacteria may adhere to the implanted intraocular lens (IOL) and subsequent biofilm formation can lead to a chronic, difficult to treat infection. To date, no method to reduce the incidence of infectious endophthalmitis through bacterial elimination, while retaining optical transparency, has been reported. In this study we report a method to optimise the localisation of a cationic porphyrin at the surface of suitable acrylate copolymers, which is the first point of contact with potential pathogens. The porphyrin catalytically generates short-lived singlet oxygen, in the presence of visible light, which kills adherent bacteria indiscriminately. By restricting the photosensitiser to the surface of the biomaterial, reduction in optical transparency is minimised without affecting efficacy of singlet oxygen production. Hydrogel IOL biomaterials incorporating either methacrylic acid (MAA) or methyl methacrylate (MMA) co-monomers allow tuning of the hydrophobic and anionic properties to optimise the localisation of porphyrin. Physiochemical and antimicrobial properties of the materials have been characterised, giving candidate materials with self-generating, persistent anti-infective character against Gram-positive and Gram-negative organisms. Importantly, incorporation of porphyrin can also serve to protect the retina by filtering damaging shortwave visible light, due to the Soret absorption (?max) 430 nm). © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Photosensitisers - the progression from photodynamic therapy to anti-infective surfaces

Introduction: The application of light as a stimulus in pharmaceutical systems and the associated ability to provide precise spatiotemporal control over location, wavelength and intensity, allowing ease of external control independent of environmental conditionals, has led to its increased use. Of particular note is the use of light with photosensitisers.

Areas covered: Photosensitisers are widely used in photodynamic therapy to cause a cidal effect towards cells on irradiation due to the generation of reactive oxygen species. These cidal effects have also been used to treat infectious diseases. The effects and benefits of photosensitisers in the treatment of such conditions are still being developed and further realised, with the design of novel delivery strategies. This review provides an overview of the realisation of the pharmaceutically relevant uses of photosensitisers, both in the context of current research and in terms of current clinical application, and looks to the future direction of research.

Expert opinion: Substantial advances have been and are being made in the use of photosensitisers. Of particular note are their antimicrobial applications, due to absence of resistance that is so frequently associated with conventional treatments. Their potency of action and the ability to immobilise to polymeric supports is opening a wide range of possibilities with great potential for use in healthcare infection prevention strategies.

Quantification of singlet oxygen generation from photodynamic hydrogels

Recently, we described a series of novel porphyrin-impregnated hydrogels capable of producing microbicidal singlet oxygen (1O2) on photoactivation. Indirect assessment of the efficacy of 1O2 production from such hydrogels has been previously described using microbiological techniques, but here we report a novel, direct method of quantification. Anthracene-9,10-dipropionic acid (ADPA) is known to irreversibly form an endoperoxide on reaction with 1O2, causing photobleaching of its absorbance band at approximately 378 nm. Here, the reaction of this probe is exploited in a novel way to provide a simple, inexpensive, and convenient measurement of 1O2 generation from the surface of porphyrin-incorporated photosensitising hydrogels, with the ability to account for effects due to hydrogel porosity. Ingress of the probe into the materials was observed, with rates of up to 3.83 x 103 s-1. This varied by up to 200-fold with material composition and surface modification. Rates of 1O2 generation in these porphyrin-incorporated hydrogels, after compensating for ADPA ingress, ranged from 1.86x103 – 5.86x103 s-1. This work demonstrates a simple and straightforward method for direct 1O2 quantification from porous materials, with general utility.

Optimisation of singlet oxygen production from photosensitiser-incorporated, medically-relevant hydrogels

Photodynamic therapy and photodynamic antimicrobial chemotherapy are widely used, but despite this, the relationships between fluence, wavelength of irradiation and singlet oxygen (1O2) production are poorly understood. To establish the relationships between these factors in medically-relevant materials, the effect of fluence on 1O2 production from a tetrakis(4-N-methylpyridyl)porphyrin (TMPyP)-incorporated 2-hydroxyethyl methacrylate: methyl methacrylate: methacrylic acid (HEMA:MMA:MAA) copolymer, a total energy of 50.48 J/cm², was applied at varying illumination power, and times. 1O2 production was characterised using anthracene-9,10-dipropionic acid, disodium salt (ADPA) using a recently described method. Using two light sources, a white LED array and a white halogen source, the LED array was found to produce less 1O2 than the halogen source when the same power (over 500-600 nm) and time conditions were applied. Importantly, it showed that the longest wavelength Q band (590 nm) is primarily responsible for 1O2 generation, and that a linear relationship exists between increasing power and time and the production of singlet oxygen.

Optimization of singlet oxygen production from photosensitizer-incorporated, medically relevant hydrogels

Photodynamic therapy and photodynamic antimicrobial chemotherapy are widely used, but despite this, the relationships between fluence, wavelength of irradiation and singlet oxygen ((1) O2 ) production are poorly understood. To establish the relationships between these factors in medically relevant materials, the effect of fluence on (1) O2 production from a tetrakis(4-N-methylpyridyl)porphyrin (TMPyP)-incorporated 2-hydroxyethyl methacrylate: methyl methacrylate: methacrylic acid (HEMA: MMA:MAA) copolymer, a total energy of 50.48 J/cm(2) , was applied at varying illumination power, and times. (1) O2 production was characterized using anthracene-9,10-dipropionic acid, disodium salt (ADPA) using a recently described method. Using two light sources, a white LED array and a white halogen source, the LED array was found to produce less (1) O2 than the halogen source when the same power (over 500 - 600 nm) and time conditions were applied. Importantly, it showed that the longest wavelength Q band (590 nm) is primarily responsible for (1) O2 generation, and that a linear relationship exists between increasing power and time and the production of singlet oxygen. 

Síntese de derivados oligoméricos de porfirinas e ftalocianinas

A presente dissertação contempla estudos de funcionalização de 5,10,15,20- tetrafenilporfirina via grupos nitro e amino e a preparação de sistemas porfirina-ftalocianina. Este trabalho encontra-se dividido em quatro partes. Na primeira parte descrevem-se as características gerais de porfirinas e ftalocianinas bem como algumas metodologias de síntese utilizadas na sua preparação e suas potenciais aplicações. Na segunda parte desta dissertação descreve-se a funcionalização de 5,10,15,20-tetrafenilporfirina com arilaminas recorrendo a duas rotas sintéticas diferentes. A reacção de 2-nitro-5,10,15,20-tetrafenilporfirina com anilina ou aminas aromáticas substituídas com grupos dadores de electrões permitiu, através do ataque do nucleófilo ao carbono beta-pirrólico onde está ligado o grupo nitro, ataque ipso, a obtenção de derivados do tipo 2-arilaminoporfirinas e derivados porfirínicos de anéis fundidos, sendo estes últimos resultantes da ciclização oxidativa de 2-arilaminoporfirinas. A reacção entre (2-amino- 5,10,15,20-tetrafenilporfirinato)níquel(II) e brometos de arilo na presença de paládio, reacção de aminação de Buchwald-Hartwig, permitiu, após descomplexação, a preparação de novos derivados do tipo 2- arilaminoporfirinas com grupos substituintes dadores e aceitadores de electrões. Um dos derivados porfirínicos de anéis fundidos foi submetido a reacção de complexação com diferentes iões metálicos e foram estudadas as respectivas propriedades fotoquímicas e electroquímicas. Esses estudos revelaram que estes compostos são bons geradores de oxigénio singuleto e que sofrem processos de oxidação-redução electroquimicamente reversíveis. Esta metodologia foi estendida ainda a brometos de hetarilo (derivados de piridina e tiofeno). Recorrendo ao acoplamento, em condições de Buchwald-Hartwig, de complexos metálicos da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina, funcionalizados com grupos amino e bromo, preparam-se dímeros porfirina-amino-porfirina, cujos espectros electrónicos revelam a existência de uma boa “comunicação electrónica” entre as duas subunidades. A terceira parte descreve a síntese de sistemas porfirina-ftalocianina. Recorrendo à condensação estatística entre a 5,10,15,20-tetrafenilporfirina substituída com um grupo ftalonitrilo na posição beta-pirrólica com ftalonitrilo ou ftalonitrilo substituído foram obtidas díades porfirina-ftalocianina onde as duas subunidades se encontram directamente ligadas ou fundidas. Os porfirinilftalonitrilos necessários para a síntese das diferentes díades foram preparados através da reacção de adição do fumaronitrilo à 5,10,15,20- tetrafenilporfirina funcionalizada com o grupo 1,3-butadienilo ou vinilo, seguida de oxidação do aducto resultante. O acoplamento catalisado por paládio entre (2-bromo-5,10,15,20- tetrafenilporfirinato)zinco(II) e [9(10),16(17),23(24)-tri-terc-butil-2- etinilftalocianinato]zinco(II) permitiu a síntese de uma díade porfirinaftalocianina com as duas unidades ligadas por um grupo etinilo. Uma pentíade porfirina-ftalocianina foi obtida através da ciclotetramerização de um dos porfirinilftalonitrilos. A comparação dos espectros electrónicos das diferentes classes de sistemas revela que as correspondentes propriedades electrónicas são altamente afectadas pela distância entre as subunidades e também pelo número de cromóforos presentes no sistema. Os estudos fotofísicos de alguns dos novos compostos acima referidos permitiram verificar a ocorrência eficiente de transferência de energia da subunidade porfirínica para a da ftalocianina, capacidade essa que permitirá a estes sistemas serem usados para modelar o processo fotossintético. Na última parte descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efectuadas e as caracterizações espectroscópicas, nomeadamente de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), espectrometria de massa e espectrofotometria de UV-vis, dos compostos sintetizados. Nalguns casos recorreu-se ainda a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, HSQC, HMBC, NOESY e ROESY.

Phthalocyanine-based systems: synthesis, properties and applications

A presente dissertação descreve a síntese e o estudo de propriedades fotofísicas e biológicas de sistemas baseados em ftalocianinas. Os sistemas sintetizados consistem em ftalocianinas contendo unidades de D-galactose, ciclodextrinas, [60]fulereno ou porfirinas. Na primeira parte da dissertação aborda-se a síntese de ftalocianinas substituídas com unidades de D-galactose, com o intuito de serem utilizadas como fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica. A eficiência de geração de oxigénio singuleto induzida pelas glicoftalocianinas, bem como a sua actividade fotodinâmica in vitro em células HeLa são avaliadas. Adicionalmente são descritos os estudos de MALDI-MS/MS de dois pares de glicoftalocianinas isoméricas. Numa segunda parte, descrevem-se a síntese e a caracterização de sistemas supramoleculares de ftalocianinas ligadas a ciclodextrinas ou [60]fulereno. Foram desenvolvidas metodologias sintéticas para obter complexos ftalocianínicos de ruténio(II) substituídos axialmente com derivados de ciclodextrinas, e complexos ftalocianínicos de zinco(II) ligados covalentemente a ciclodextrinas. Descreve-se também a síntese de uma díade ftalocianina- [60]fulereno. A estratégia sintética envolve um peculiar primeiro passo, uma reacção de aminação redutiva, no qual se obtém uma ftalocianina funcionalizada com glicina, seguida da habitual reacção de cicloadição 1,3- dipolar. Na terceira parte, abordam-se sistemas dador-aceitador de díades porfirinaftalocianina, como modelos promissores para mimetizar sistemas fotossintéticos naturais. Diferentes tipos de díades porfirina-ftalocianina, ligadas através do grupo fenilo da posição meso ou da posição β-pirrólica da porfirina, são sintetizadas e caracterizadas. As abordagens sintéticas envolvem reacções de aminação catalisadas por paládio e reacções de condensação cruzada de dois ftalonitrilos adequadamente substituídos. Também se descrevem processos de transferência de energia e electrónica fotoinduzidos que se formam a partir das díades porfirina-ftalocianina.

Novos derivados porfirínicos: síntese e potenciais aplicações em PDT

O trabalho apresentado nesta dissertação descreve estudos desenvolvidos segundo três metodologias para a funcionalização de meso-tetra-arilporfirinas; uma delas baseada na funcionalização com diazo compostos, outra na reacção de Suzuki-Miyaura e a terceira na reacção de metátese. O presente documento é composto por quatro partes distintas. Na primeira parte são feitas considerações gerais sobre propriedades e aplicações de macrociclos porfirínicos. Na segunda parte é apresentado o trabalho realizado na funcionalização de porfirinas com diazo compostos através de reacções de inserção com um catalisador de ródio(II). Este estudo envolveu a preparação de duas porfirinas com grupos O-H e N-H nas posições para dum substituinte meso-fenilo. Os estudos iniciaram-se com a reacção de 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com diazoacetato de etilo na presença de Rh2(OAc)4. Obteve-se o produto esperado de inserção com bons rendimentos. A reacção de 5-(4-aminofenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com esse diazo composto na presença de Rh2(OAc)4 mostrou um perfil diferente do da reacção com o outro porfirinato. Foram obtidos três produtos, a saber: produto de bis-inserção e dois outros contendo o grupo funcional amida. Este capítulo descreve ainda a síntese de glicoporfirinas e de glicoclorinas através de reacções de inserção e de ciclopropanação envolvendo, respectivamente, os complexos 5-(4-hidroxifenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) e 5,10,15,20- tetraquis(pentafluorofenil)porfirinatozinco(II) com α-diazoacetatos com substituintes sacarídicos. Foram usados, como catalisadores, Rh2(OAc)4 e CuCl, respectivamente, na reacção de inserção e na de ciclopropanação. Tendo em vista a sua aplicação em PDT, os novos produtos foram descomplexados e a unidade glicosídica foi desprotegida. Estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que os compostos obtidos são bons geradores dessa espécie citotóxica. Foram também realizados estudos de avaliação da actividade fotodinâmica em células humanas tumorais HeLa e em células humanas saudáveis HaCaT. Estudos de viabilidade celular, após tratamento fotodinâmico, mostraram que as glicoclorinas são mais eficazes na fotoinactivação das células tumorais. Apenas o derivado da clorina com a unidade de galactose mostrou selectividade para a linha celular tumoral, inibindo o crescimento desta e não causando efeito significativo na linha celular saudável. Este fotossensibilizador não foi tóxico na ausência de luz e depois do tratamento fotodinâmico e em condições sub-letais, provocou vacuolização citoplasmática e retracção pronunciada nas células tumorais, enquanto que nas células saudáveis os danos sofridos foram escassos. Nos estudos de localização celular este fotossensibilizador localizou-se na membrana citoplasmática e nos lisossomas tanto nas células HeLa como nas HaCaT. Na terceira parte deste trabalho são descritos os resultados obtidos nos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de Suzuki-Miyaura. O complexo 2-(4,4,5,5,-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) foi o composto escolhido como reagente de partida. Usando a reacção de Suzuki foi possível sintetizar complexos β-bromoarilporfirínicos em bons rendimentos. Estes complexos foram sujeitos à reacção de Suzuki com pinacolborano, tendo sido possível obter os produtos de acoplamento esperados e ainda derivados diméricos de complexos porfirínicos ligados por unidades fenileno. Esta metodologia reacional, catalisada por paládio, permitiu ainda sintetizar novos derivados quinolona-porfirina através da reacção do complexo porfirínico β-borilado anteriormente referido com bromo-quinolonas Nsubstiuídas com grupos alquílicos e glicosídicos. Deste modo foram obtidos derivados quinolona-porfirina em bons rendimentos. Com vista a realizar estudos de potencial aplicação em PACT, foram hidrolisados os grupos éster da unidade de quinolona e clivados os grupos protectores das unidades glicosídicas desses derivados. No estudo por MS Tandem (MS/MS) foi possível verificar que os isómeros dos derivados quinolona-porfirina sofrem as mesmas vias de fragmentação, confirmando as suas estruturas análogas. Foi possível ainda distinguir os derivados em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da posição C-6 da quinolona daqueles em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da sua posição C-7. Os estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que as porfirinas β- substituídas com unidades de quinolona são melhores geradoras desta espécie citotóxica do que a tetrafenilporfirina e que a eficiência que têm em gerar essa espécie é afectada pela posição da ligação entre a porfirina e a quinolona, assim como com o tipo do N-substituinte da quinolona. As bases livres dos conjugados quinolona-porfirinatos foram testadas como fotossensibilizadores em PACT em células do parasita Leishmania Braziliensis, tendo-se observado que estes compostos têm capacidade para fotoinactivar este parasita. Na quarta parte deste trabalho são descritos os resultados dos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de metátese com catalisador de Grubbs, visando a obtenção de novos macrociclos com grupos triazolilo. Verificouse que a eficiência da reacção de metátese cruzada entre 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) e 4-vinil-1,2,3-triazóis N-substituídos dependia das condições reaccionais e do triazol usado em cada caso. Foi possível ainda concluir que o impedimento estéreo das espécies envolvidas é um dos responsáveis pelo ciclo catalítico prosseguir por uma via secundária, originando uma espécie de ruténio pouco eficiente como catalisador. Este estudo foi estendido à reacção dos 4-vinil-1,2,3-triazois seleccionados com 2-butadienil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatoniquel(II); em cada caso foi possível obter uma mistura de isómeros dos derivados triazol-porfirina, geralmente em maiores rendimentos globais do que na reacção com 2-vinil-5,10,15,20-tetrafenilporfirinatozinco(II). Este facto será indicativo de que a reacção de metátase com esse derivado porfirínico segue, predominantemente, a via mais eficiente.

Síntese e potencialidades de aplicação de novos derivados porfirínicos

A presente dissertação colige os resultados obtidos em estudos de funcionalização de porfirinas, nomeadamente de derivados da 5,10,15,20- tetrafenilporfirina. Nestes estudos foram estabelecidas novas rotas sintéticas para a preparação de moléculas adequadamente funcionalizadas e com possíveis aplicações em química medicinal ou em sistemas supramoleculares. Esta dissertação encontra-se dividida em quatro partes: Após uma breve introdução às porfirinas, descrita na primeira parte, segue-se uma segunda parte centrada em reacções em dominó envolvendo 2-aminomeso- tetra-arilporfirinas, meso-(p-aminofenil)porfirinas e éteres enólicos cíclicos. Os resultados obtidos demonstram que porfirinas reagem como heterodienos com dienófilos ricos em electrões tais como os éteres enólicos cíclicos 3,4-di-hidro-2H-pirano e 2,3-di-hidrofurano na presença de triflato de lantânio. Os produtos formados são pirido[2,3-b] porfirinas e meso-quinolin-6- ilporfirinas com dois grupos hidroxilos terminais. A terceira parte desta dissertação é dedicada a estudos de funcionalização da posição β-pirrólica da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina com um éter coroa segundo reacções de metátese, reacções de Heck e reacções de ciclo-adição 1,3- dipolar. Nas reacções de ciclo-adição obtiveram-se apenas produtos resultantes do acoplamento de porfirinas ao aminoácido. Para culminar estes estudos usou-se a 2-formil-5,10,15,20-tetra-arilporfirina e diversos aminoácidos como precursores de iletos de azometino porfirínicos. Segundo esta abordagem, verificou-se que a cadeia lateral do aminoácido influencia o tipo de produto formado, tendo-se obtido novas clorinas, β-imidoporfirinas e porfirinas funcionalizadas na posição β-pirrólica com grupos amino. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN de 1H, 13C, COSY, HSQC, HMBC e NOESY), Espectrometria de Massa em MALDI, UV-Vis e, em alguns casos, Difractometria de raios-X. Já na quarta parte desta dissertação, o leitor é introduzido ao conceito de química supramolecular e à utilização de meso-(p-carboxifenil)porfirinas em sistemas auto-organizados. É descrita a formação de agregados J distintos a partir dos isómeros 5,10-bis-(4-carboxifenil)-15,20-difenilporfirina e 5,15-bis-(4- carboxifenil)-10,20-difenilporfirina e comprova-se que o tipo de arquitectura e a extensão deste sistema são impostas pela estrutura do cromóforo. A avaliação da formação destes sistemas foi efectuada recorrendo a técnicas de UV-vis, Fluorescência, CD, RLS e FLIM.

Síntese e reatividade de benzo-e pirroloporfirinas

O trabalho descrito nesta dissertação envolve estudos de funcionalização de uma pirrolo[3,4-b]porfirina através de reações do tipo cicloadição [4+2]. A metodologia de cicloadição usada permitiu sintetizar duas grandes famílias de compostos: benzoporfirinas e 1,3-dioxopirroloporfirinas. Este documento é composto por três partes distintas. Na primeira parte são tecidas considerações gerais sobre síntese, propriedades e aplicações de porfirinas. Na segunda parte é apresentado o trabalho desenvolvido no âmbito de síntese e reatividade de benzoporfirinas. Numa primeira fase é feita uma revisão bibliográfica sobre síntese de benzoporfirinas e ftalimidas, uma vez que o trabalho prático descrito apresenta compostos contendo estas duas unidades estruturais. Numa segunda fase é descrito o trabalho desenvolvido para a obtenção de uma benzoporfirina derivatizada com uma unidade de ácido ftálico fundida em posições β-pirrólicas, partindo da reação de Diels-Alder entre uma N-metilpirrolo[3,4- b]porfirina e o acetilenodicarboxilato de dimetilo e posterior hidrólise básica do diéster obtido. Seguem-se os estudos que visaram a obtenção de um anidrido porfirínico a partir do ácido ftálico anterior. Esta plataforma sintética foi usada para diversas transformações com diferentes aminas. Destas reações resultaram diferentes unidades benzoporfirínicas, que serão descritas em pormenor. Face às distintas cores apresentadas pelos diferentes compostos sintetizados, foi ainda feita uma análise pormenorizada dos espectros de UV-vis de alguns dos compostos obtidos. Na terceira parte, é apresentado o trabalho realizado no âmbito da síntese de uma 1,3-dioxopirroloporfirina, partindo da reação de Diels-Alder entre a N-metilpirrolo[ 3,4-b]porfirina e oxigénio singleto (1O2). Primeiramente é feita uma revisão bibliográfica sobre o papel do 1O2 em síntese orgânica e sobre reações de oxidação de isoindóis, compostos possuindo uma analogia estrutural com pirroloporfirinas. Segue-se a descrição da síntese de uma N-metil1,3- dioxopirroloporfirina, em que se começa por apresentar a descrição sistemática de todas as experiências levadas a cabo no sentido de otimizar o rendimento do composto em questão, tirando partido da reação com 1O2. Seguidamente expõemse as diferentes abordagens conduzidas para proceder à funcionalização da 1,3- dioxopirroloporfirina obtida. São apresentadas reações de hidrólise e reações com diferentes aminas. As reações com aminas conduziram à formação de porfirina- 2,3-dicarboxamidas e posteriormente às 1,3-dioxopirroloporfirinas correspondentes. Também neste caso foi feita uma análise pormenorizada dos espectros de UV-vis da marioria dos derivados obtidos. De forma a avaliar a potencialidade de alguns dos macrociclos sintetizados em terapia fotodinâmica (PDT), são apresentados os ensaios biológicos de PDT in vitro conduzidos com alguns dos macrociclos sintetizados. Estes ensaios envolveram a avaliação da viabilidade celular após tratamento fotodinâmico, estudos de localização celular e morfologia.