UV-vis spectrophotometric titrations and vibrational spectroscopic characterization of meso-(p-hydroxyphenyl)porphyrins

Sequentially spectrophotometric titrations by sodium hydroxide of meso-tetraphenylporphyrin derivatives bearing one, two, three, or four p-hydroxyl groups result in new types of spectra. The strong new bands appear in the visible region with splitting or broadening of the Soret band and its significant loss of oscillator strength. To understand the molecular origin of these phenomena, the Resonance Raman (RR) and Fourier Transform Infrared (FTIR) experiments are carried out. The results demonstrate that the charges of the deprotonated para-hydroxy substituted meso-tetraphenylporphyrins are localized on the substituents, not delocalized into the pi system of the porphyrin macrocycles and that the ground states of the macrocycles remain essentially unperturbed. Both the related behavior of diprotonated tetrakis(p-(dimethylamino)phenyl) porphyrin and protonated Schiff base porphyrins show that the new bands considered as hyperporphyrin spectra are due to pi(phenoxide anion) --> pi*(porphyrin) transitions, where pi is an orbital on the phenoxide anion substitutent and pi* is a LUMO on the porphyrin.

Sequential deprotonation of meso-(p-hydroxyphenyl)porphyrins in DMF: From hyperporphyrins to sodium porphyrin complexes

Sequential deprotonations of meso-(p-hydroxyphenyl)porphyrins (p-OHTPPH2) in DMF + H2O (V/V = 1:1) mixture have been verified to result in the appearance of hyperporphyrin spectra. However, when the deprotonations of these p-OHTPPH2 are carried out in DMF, the spectral changes differ considerably from those in the mixture mentioned above. At low [OH-], the optical spectra in the visible region are still considered to have characteristics of hyperporphyrin spectra. Further deprotonation at much higher basicity makes the optical spectra form three-banded spectra similar to those in the acidic solution. To clarify the molecular origins of these changes, UV-vis, resonance Raman (RR), proton nuclear magnetic resonance (H-1 NMR) experiments are carried out. Our data give evidence that p-OHTPPH2 in DMF can be further deprotonated of pyrrolic-H by higher concentrated NaOH, due to an aprotic medium like DMF effectively weakening the basicity of the porphyrin relative to that of the NaOH, and coordinates with two sodium ions (except the sodium ions that interact with the peripherial phenoxide anions) to form the sodium complexes of p-OHTPPH2 (Na2P, to lay a strong emphasis on the sodium ions that coordinate with the central nitrogen atom), which can be regarded as the porphyrin anions being perturbed by the sodium cations due to their highly ionic character.

Solvent effects on spectrophotometric titrations and vibrational spectroscopy of 5,10,15-triphenyl-20-(4-hydroxyphenyl)porphyrin in aqueoius DMF

The spectrophotometric titration by sodium hydroxide of 5,10,15-triphenyl-20-(4-hydroxyphenyl)porphyrin ((OH)(1)PH2) is studied as a function of solvent composition of DMF-H2O binary solvent mixture ([OH-] = 0.04 M). Combining the structure changes of the porphyrin and the "four orbital" model of Gouterman, many features of the optical spectra of this deprotonated para-hydroxy-substituted tetraphenylporphyrin in different composition of binary solvent mixtures can be rationalized. In highly aqueous solvents, the changes of the titration curves are shown to be mainly due to hydrogen-bonding of the oxygen of the phenoxide anion group by the hydroxylic solvent, Which decreases the energy of the phenoxide anion pi orbital. Thus the phenoxide anion pi orbital cannot cross over the porphyrin Tr orbital being a different HOMO. However, its energy is close to that of the porphyrin pi orbitals. As a result, in the visible region, no charge-transfer band is observed, while in the visible-near region, the Soret peak split into two components. In nonaqueous solvents, the changes are mainly attributed to further deprotonation of pyrrolic-Hs of (OH) 1PH2 by NaOH and coordination with two sodium ions to form the sodium complex of (OH) 1PH2, which turns hyperporphyrin spectra of deprotonated of phenolic-H of (OH)(1)PH2 into three-banded spectra of regular metalloporphyrin.

Synthesis and characterization of a novel series of meso (nitrophenyl) and meso (carboxyphenyl) substituted porphyrins

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nickel(II) meso-hydroxyporphyrin complexes revisited: Palladium-catalysed synthesis, electronic structures of derived oxy radicals, and oxidative coupling to a dioxoporphodimethene dyad

We report the synthesis and characterisation of new examples of meso-hydroxynickel(II) porphyrins with 5,15-diphenyl and 10-phenyl-5,15-diphenyl/diaryl substitu- tion. The OH group was introduced by using carbonate or hydroxide as nucleophile by using palladium/phosphine cat- alysis. The NiPor OHs exist in solution in equilibrium with the corresponding oxy radicals NiPor OC. The 15-phenyl group stabilises the radicals, so that the 1H NMR spectra of {NiPor OH} are extremely broad due to chemical exchange with the paramagnetic species. The radical concentration for the diphenylporphyrin analogue is only 1%, and its NMR line-broadening was able to be studied by variable-tempera- ture NMR spectroscopy. The EPR signals of NiPor OC are con- sistent with somewhat delocalised porphyrinyloxy radicals, and the spin distributions calculated by using density func- tional theory match the EPR and NMR spectroscopic obser- vations. Nickel(II) meso-hydroxy-10,20-diphenylporphyrin was oxidatively coupled to a dioxo-terminated porphodimethene dyad, the strongly red-shifted electronic spectrum of which was successfully modelled by using time-dependent DFT calculations.

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.

Phenytoin metabolism by human cytochrome P450 : involvement of P450 3A and 2C forms in secondary metabolism and drug-protein adduct formation

The anticonvulsant phenytoin (5,5-diphenylhydantoin) provokes a skin rash in 5 to 10% of patients, which heralds the start of an idiosyncratic reaction that may result from covalent modification of normal self proteins by reactive drug metabolites. Phenytoin is metabolized by cytochrome P450 (P450) enzymes primarily to 5-(p-hydroxyphenyl-),5-phenylhydantoin (HPPH), which may be further metabolized to a catechol that spontaneously oxidizes to semiquinone and quinone species that covalently modify proteins. The aim of this study was to determine which P450s catalyze HPPH metabolism to the catechol, proposed to be the final enzymatic step in phenytoin bioactivation. Recombinant human P450s were coexpressed with NADPH-cytochrome P450 reductase in Escherichia coli. Novel bicistronic expression vectors were constructed for P450 2C19 and the three major variants of P450 2C9, i.e., 2C9*1, 2C9*2, and 2C9*3. HPPH metabolism and covalent adduct formation were assessed in parallel. P450 2C19 was the most effective catalyst of HPPH oxidation to the catechol metabolite and was also associated with the highest levels of covalent adduct formation. P450 3A4, 3A5, 3A7, 2C9*1, and 2C9*2 also catalyzed bioactivation of HPPH, but to a lesser extent. Fluorographic analysis showed that the major targets of adduct formation in bacterial membranes were the catalytic P450 forms, as suggested from experiments with human liver microsomes. These results suggest that P450 2C19 and other forms from the 2C and 3A subfamilies may be targets as well as catalysts of drug-protein adduct formation from phenytoin.

The metabolism of phenolic acids in the rat

Some of the enzyme systems in the formation of p-hydroxybenzoate from tyrosine have been studied in the rat liver in vitro. The conversion of p-hydroxycinnamate into p-hydroxybenzoate, which was found in rat liver mitochondria showed a number of differences when compared with the b-oxidation of fatty acids. Studies with p-hydroxy[U-14C]cinnamate indicated that 14CO2 was released during the formation of p-hydroxybenzoate. The formation of p-hydroxycinnamate from tyrosine of p-hydroxyphenyl-lactate could not be demonstrated in vitro. The interconversion of p-hydroxycinnamate and p-hydroxyphenylpropionate was demonstrated in rat liver mitochondria.

New flame-retardant poly(pyromellitic imide aryl phosphoramide-ester)s

Flame-retardant poly(pyromellitic imide aryl phosphoramide-ester)s were synthesized by interfacial polycondensation of N,N?-bis(p-hydroxyphenyl)pyromellitic diimide with aryl phosphoramidic dichlorides. The polymers were characterized by IR and 1H-NMR spectroscopy. The molecular composition was confirmed by elemental analysis. The thermal stability and flammability of the polymers were studied by thermogravimetry and limiting oxygen index, respectively. Durch Grenzflächen-Polykondensation von N,N?-bis(4-hydroxyphenyl)pyromellitsäurediimid mit Dichloriden verschiedener Phosphoramide wurden flammhemmende Polymere erhalten. Diese wurden mittels IR- und 1H-NMR-Spektroskopie und Elementaranalyse charakterisiert. Thermische Stabilität und Entflammbarkeit wurden thermogravimetrisch bzw. durch Bestimmung des Sauerstoff-Indexes untersucht.

ARYLIDENE COPOLYETHER SULFONES .2. SYNTHESIS END CHARACTERIZATION OF SOME NEW COPOLYETHER SULFONES CONTAINING DIBENZYLIDENE CYCLOHEXANONE MOIETIES

New copolyether sulfones containing 2,6-bis(p-oxo-benzylidene)cyclohexanone and 2,6-bis(o,p-dioxo-benzylidene)cyclohexanone moieties were prepared in the conventional literature manner by condensing the dipotassium salts of 2,6-bis(p-hydroxybenzylidene)cyclohexanone (III), 2,6-bis(o,p-dihydroxybenzylidene)-cyclohexanone (V), and 2,2-bis(p-hydroxyphenyl)propane (Bisphenol A, VII) with 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone (VI), or by condensing the dipotassium salts of III and VII with a new benzylidene cyclohexanone sulfone macromer (X). Finally, the polycondensation reaction of sulfonyl bis(p-benzaldehydeoxo-p-phenylene) (IX) with cyclohexanone leads to an unsaturated copolymer (XVI). The resulting copolyether sulfones were confirmed by IR, H-1-NMR, viscometry, elemental analysis, thermooptical (TOA), x-ray, and thermogravimetric (TGA) measurements.

Phenolic compounds from forest industrial by-products

Em Portugal, as indústrias corticeira e de pasta de papel constituem um importante sector económico, contudo, gerando elevadas quantidades de subprodutos. Estes subprodutos poderiam ser explorados em aplicações de alto valor acrescentado, como fonte de compostos fenólicos, por exemplo, em vez de serem apenas queimados para produção de energia. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras propriedades, entre as quais, antioxidante, anti-inflamatória e anti-trombótica. Neste estudo as frações fenólicas da maior parte dos subprodutos gerados nas indústrias corticeira e de pasta de papel foram caracterizados em detalhe, com vista à sua valorização. A fração fenólica das cascas de Eucalyptus globulus, E. grandis, E. urograndis e E. maidenii, bem como da cortiça de Quercus suber e resíduos provenientes da sua exploração, nomeadamente, o pó de cortiça e os condensados negros, foi obtida por processos convencionais de extração sólido-líquido. No caso da casca de E. globulus, foi ainda avaliado o potencial de metodologias “verdes” no processo de extração de compostos fenólicos, usando extração com CO2 supercrítico. Esta técnica foi otimizada com recurso a metodologias de superfície de resposta. Na identificação e quantificação dos compostos fenólicos foi usada cromatografia líquida de alta resolução aliada a técnicas de espectrometria de massa. O teor de fenólicos totais foi ainda determinado pelo método de Folin- Ciocalteu, essencialmente para efeitos comparativos. A caracterização da fração fenólica de cada extrato foi ainda complementada com a análise da atividade antioxidante, usando o radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH). Foram identificados trinta compostos fenólicos na casca de E. globulus, 17 deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes, nomeadamente os ácidos quínico, di-hidroxifenilacétic, cafeico e metil-elágico, bis-hexahidroxidifenoil( HHDP)-glucose, galoil- bis-HHDP-glucose, galoil-HHDPglucose, isoramnetina—hexosídeo, quercetina-hexosídeo, ácido metil-elágicopentosídeo, miricetina-ramnosídeo, isoramnetina-ramnosídeo, mearnsetina, floridzina, mearnsetina-hexosídeo, luteolina e uma proantocianidina B. Neste trabalho, foi estudada pela primeira vez a composição fenólica das cascas de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii. Treze, doze e vinte e quatro compostos fenólicos foram identificados nas cascas de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii, respetivamente. Entre estes compostos encontram-se os ácidos quínico, gálico, metilgálico, protocatequínico, clorogénico e elágico, catequina, galoil-bis-HHDP-glucose, digaloilglucose, epicatequina, quercetina-glucoronídeo, di-hidroxiisopropilcromona- hexosídeo, isoramnetina-hexosídeo, ácido elágicoramnosídeo, taxifolina, quercetina-hexosídeo, di-hidroxi- (metilpropil)isopropilcromona-hexosídeo, ácido metil-elágico-pentosídeo, miricetina-ramnosídeo, isoramnetina-ramnosídeo, aromadendrina-ramnosídeo, mearnsetina, mearnsetina-hexosídeo, eriodictiol, quercetina, isoramnetina e naringenina. A análise da fração fenólica da cortiça permitiu identificar vinte e dois compostos fenólicos, dez deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes, nomeadamente, os ácidos quínico, salicílico, p-hidroxifenillático e metilgálico, ácido carboxílico da brevifolina, eriodictiol, naringenina, um éster isoprenílico do ácido cafeico, isoramnetina-ramnosídeo e isoramnetina. No pó de cortiça industrial foram identificados dezasseis compostos fenólicos, nomeadamente os ácidos quínico, gálico, protocatequínico, cafeico, ferúlico, elágico e metilgálico, esculetina, ácido carboxílico da brevifolina, coniferaldeído, um éster isoprenílico do ácido cafeico, uma dilactona do ácido valoneico, ácido elágico-pentosídeo, ácido elágico-ramnosídeo, isoramnetinaramnosídeo e isoramnetina. Destes, apenas o ácido elágico foi previamente referenciado como componente do pó de cortiça. Do mesmo modo, treze compostos fenólicos foram identificados no condensado negro, doze deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes. São eles os ácidos quínico, gálico, p-hidroxifenil-láctico, protocatequínico, p-coumarico, cafeico e elágico, vanilina, esculetina, coniferaldeído, um éster isoprenílico do ácido cafeico e o eriodictiol. A extração supercrítica de compostos fenólicos da casca de eucalipto permitiu não só verificar os parâmetros que afetam a qualidade e quantidade finais dos extratos, como também obter os valores ótimos para estes parâmetros. Esta extração mostrou ainda ser bastante seletiva para determinados grupos de compostos fenólicos, como as flavanonas eriodictiol e naringenina e para o flavonol O-metilado isoramnetina. Este é também o primeiro estudo envolvendo a determinação da atividade antioxidante de extratos da cortiça e dos resíduos da sua exploração, bem como da casca de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii. A vasta gama de compostos fenólicos identificados em cada extrato analisado, assim como as prominentes atividades antioxidantes, todas na mesma gama de valores do bem conhecido antioxidante comercial, ácido ascórbico, são claramente um grande contributo para a valorização destes subprodutos industriais.

A New Approach to the Prediction of Partition Coefficients in Water/Organic Interfaces

In the present work, a new approach for the determination of the partition coefficient in different interfaces based on the density function theory is proposed. Our results for log P(ow) considering a n-octanol/water interface for a large super cell for acetone -0.30 (-0.24) and methane 0.95 (0.78) are comparable with the experimental data given in parenthesis. We believe that these differences are mainly related to the absence of van der Walls interactions and the limited number of molecules considered in the super cell. The numerical deviations are smaller than that observed for interpolation based tools. As the proposed model is parameter free, it is not limited to the n-octanol/water interface.

Valorization of an Industrial Organosolv-Sugarcane Bagasse Lignin: Characterization and Use as a Matrix in Biobased Composites Reinforced With Sisal Fibers

In the present study, the main focus was the characterization and application of the by-product lignin isolated through an industrial organosolv acid hydrolysis process from sugarcane bagasse, aiming at the production of bioethanol. The sugarcane lignin was characterized and used to prepare phenolic-type resins. The analysis confirmed that the industrial sugarcane lignin is of HGS type, with a high proportion of the less substituted aromatic ring p-hydroxyphenyl units, which favors further reaction with formaldehyde. The lignin-formaldehyde resins were used to produce biobased composites reinforced with different proportions of randomly distributed sisal fibers. The presence of lignin moieties in both the fiber and matrix increases their mutual affinity, as confirmed by SEM images, which showed good adhesion at the biocomposite fiber/matrix interface. This in turn allowed good load transference from the matrix to the fiber, leading to biobased composites with good impact strength (near 500 J m(-1) for a 40 wt% sisal fiber-reinforced composite). The study demonstrates that sugarcane bagasse lignin obtained from a bioethanol plant can be used without excessive purification in the preparation of lignocellulosic fiber-reinforced biobased composites displaying high mechanical properties. Biotechnol. Bioeng. 2010;107: 612-621. (C) 2010 Wiley Periodicals, Inc.

Uma nova metodologia para a síntese de modelos de lignina a partir de reações de inserção O-H entre fenóis de α-aril diazocetonas

A biomassa lignicelulósica tem sua estrutura composta por celulose, hemicelulose e lignina. Dentre essas, a lignina tem se mostrado interessante por ser uma fonte precursora sustentável de fragmentos aromáticos antes obtidos apenas de combustíveis fósseis. Sua estrutura é composta por resíduos de fenilpropanóides p-hidroxibenzeno (H), guaiacil (G) e siringil (S) unidas por ligações C–C e C–O–C em que a ligação β–O–4 é a predominante (mais de 50%). Devido à sua complexidade estrutural e conformacional, a clivagem de suas ligações é pouco seletiva e a caracterização dos fragmentos resultantes é complexa. Uma estratégia comumente empregada para evitar esses desafios é o uso de modelos mais simples. Entretanto, poucas metodologias são reportadas na literatura para a sua síntese e a maioria delas envolve o emprego de halocetonas. O presente trabalho desenvolveu duas novas metodologias promissoras para síntese desses oligômeros, contendo ligação β–O–4 por meio da química de diazo: (a) reação de inserção O–H entre fenol e α–aril diazocetonas, e (b) compostos α–diazo β-cetoéster. Ademais, a utilização de monômeros contendo a função fenol e diazocetona no mesmo anel permitiria a síntese de cadeias de diversos tamanhos em uma única etapa. Como ponto de partida para o estudo, limitou-se à síntese de dímeros, visando entender a reação de inserção O–H. Os produtos desejados foram obtidos em rendimentos de 27–51% após catálise com Cu(hfac)2. Por fim, os modelos de lignina propriamente ditos foram sintetizados após simples adição aldólica e redução em rendimentos globais de 51–78%. Os estudos envolvendo a inserção de fenol em α–diazo β-cetoéster mostraram resultados promissores, corroborando para uma nova estratégia sintética para a obtenção de modelos de lignina. Novos estudos em nosso laboratório estão sendo desenvolvidos para se obter resultados mais conclusivos.