Síntese e caracterização por espectrometria de massa de compostos porfirínicos

Abstract

No presente trabalho é relatada a síntese de dímeros de porfirinas com potencial aplicação em terapia fotodinâmica e o estudo das fragmentações em fase gasosa de diversas porfirinas e compostos análogos. O interesse neste tipo de compostos surgiu, inicialmente, devido à necessidade de compreender as suas funções em sistemas biológicos e, mais recentemente, devido às potenciais aplicações que apresentam em diversas áreas. O objectivo deste trabalho foi, por um lado, o estudo do comportamento em fase gasosa desta importante classe de compostos orgânicos e, por outro, a integração dos resultados obtidos para a identificação mais fácil e rápida daqueles. No primeiro capítulo, de carácter geral, fazemos uma breve referência à ocorrência das porfirinas e compostos análogos na natureza e às suas principais aplicações e propriedades. Ainda neste capítulo são mencionadas as características gerais da instnimentação utiIizada na realização deste trabalho. No segundo capítulo refere-se a síntese de novos dímeros de porfirinas, com duas unidades porfirínicas unidas por uma ligação amida e a síntese dos monómeros com grupos nitrofenilo e piridilo, utilizados como reagentes na síntese dos primeiros. Os compostos sintetizados foram caracterizados por espectrometria de massa, espectroscopia de RMN de 'H e visível. Numa terceira parte foi estudada a formação de complexos metálicos de porfirinas numa fonte de ionização de bombardeamento com iões rápidos, por adição da porfirina livre e do sal metálico à matriz. &a este estudo, utilizaram-se a mesa-tetrafenilporfirina, a mesatetrafenilclorina, as mesa-tetrafenilporfias substituídas nos grupos fenilo por grupos nitro, metoxicarbonilo e metoxilo e os sais de cobre, zinco, níquel, cádmio, ferro, magnésio, cobalto e chumbo. Os resultados obtidos foram descritos e comparados com os dados de química de solução de complexos porfinílicos. No quarto capítulo são descritos os resultados obtidos, utilizando os métodos de ionização por bombardearnento com iões rápidos e electrospray, para a octaetilporfia e os seus complexos de cobre e zinco. Os estudos de fragmentação foram realizados usando técnicas de dissociação por colisões de alta energia dos iões moleculares formados por bombardeamento com iões rápidos e em electrospray, num instrumento de quatro sectores, e por colisões de baixa energia dos iões moleculares formados em electrospray, num instrumento de trapa de iões e num de quadrupolo. As características do analisador de trapa de iões permitiram a realização de nove estagios de dissociação do ião molecuIar. Os espectros obtidos por colisões de alta energia apresentam, num estágio de dissociação, várias vias de fragmentação envolvendo os oito grupos substituintes da molécula, enquanto os resultados obtido por colisões de baixa energia apenas apresentam, num estkgio de dissociação, uma ou duas vias de fragmentação. Os espectros obtidos por estes dois métodos de dissociação dependem, não só do ião precursor, catião radical ou molécula protonada, mas também de a portirina se apresentar na sua forma livre ou complexada. Foram ainda estudadas duas octaetilporfirinas substituídas numa posição meso, o derivado piridínio da octaetilporfirina e o complexo de zinco da meso-nitrooctaetilporfirina. Os espectros apresentam iões devidos a perdas combinadas dos diferentes grupos substituintes, em função do grupo ligado ao carbono meso. Numa quinta secção foram estudadas várias porfirinas substituídas nas posições Ppirrólicas, com diferentes grupos, recorrendo aos métodos de ionização por bombardeamento com iões rápidos e electrospray, e a técnicas de dissociação por colisões de alta e baixa energia. Foi também estudada a fragmentação induzida por colisões de alta energia dos respectivos complexos de cobre e permitiu avaliar a infiuência do metal na fragnentação observada. Foi estabelecido um padrão geral de fragmentacão em função do substituinte comnm, propanoato de metilo, e dos restantes substituintes presentes em cada uma das porfirinas. No capítulo seis relatam-se os estudos, pelas técnicas referidas anteriormente, de porfirinas substituídas nas posições meso por grupos fenilo, piridilo e fenilos substituídos nas posições para por grupos nitro, metoxicarbonilo, sulfonamidas e ácidos gordos. Algumas daquelas porfirinas foram ainda estudadas na forma de complexos de cobre e zinco. A mesotetrafenilporfia, os seus complexos de cobre e zinco e as meso-tetrafenilporfirinas substituídas nos fenilos por ácidos gordos foram também estudadas usando ionização por laser assistida por matriz. Foi também estudada a decomposição metastável dos iões formados por este método, num instrumento de tempo de voo. Estabeleceram-se padrões gerais de fragmentação e foram avaliados os efeitos dos diversos grupos substituintes. Os resultados obtidos com os diferentes métodos de dissociação foram comparados. No capítulo sete foram estudadas, utilizando as mesmas técnicas, mesotetrafenilporfirinas substituídas nas posições P-pirrólicas, com grupos nitro, vinilo, acrilato, hidroxiacnlato e propenal, sob a forma de porfuina livre ou de complexos de cobre ou níquel. As fragmentações dão-se segundo mecanismos variados, em função da natureza química do substituinte ligado ao anel pirrólico. No último capitulo foram estudados dímeros com ligação arnida e éster de mesotetrafenilpofirinas substituídas e porfirinas substituídas nas posições meso com grupos pindilo e fenilo, utilizando a ionização por bombardeamento com iões rápidos e diversas matrizes. Observou-se a formação de espécies reduzidas da molécula protonada e investigouse a formaqão destas em função das diversas matrizes utilizadas. Foi também estudada a fragmentação em fase gasosa dos compostos anteriores e foi estabelecido um padrão geral de fragmentação, tendo-se proposto urna nomenclatura para os diferentes .fragmentos observados, comuns a todos os compostos.

In the present work we have synthesized dimers of porphyrins with potential application in photodynamic therapy, and studied the gas-phase chemistry of porphyrinic compounds. The main objective of this work was the study of the gas-phase chemistry of this class of compounds, in order to achieve their easy characterization and identification by mass spectrometry. In the first chapter the occurrence, biological importance, main applications and properties of the porphyrinic compounds are described. In this chapter a brief description of the instruments involved in this work is also done. In the second chapter, the synthesis of new dimers with an amide linkage and the correspondent monomers of porphyrins with phenyl and pyridyl groups at the mesa positions are described. In the third chapter we report the formation of metalloporphyrins in the source of the mass spectrometer under FAB conditions. Several derivatives of meso-tetraphenylporphyjn, the mesa-tetraphenylchlorin and different metal salts were used. The results are described and a comparison with the solution chemistry of metalloporphyrins is made. In the fourth chapter the study of octaethylporphyrin and its copper and zinc complexes, by fast atom bombardment ionization and electrospray ionization is described. Gas-phase fragmentation was induced by high energy collisions, in a four sector instrument, and by low energy collisions, in an ion trap. High energy and low energy decompositions depend on whether the precursor ion is the protonated molecule or the radical cation, of the free base porphyrin or of the metal complex. The gas-phase fra,gnentaiions of some mesosubstituted ociaethylporphyrins are also described. In the fifth chapter we report the gas-phase fragmentation of several porphyjns substituted in the P-positions using the same ionization methods and dissociation techniques as in the previous chapters. High energy collisionally activated decompositions of the copper complexes of these porphyrins are also related and the influence of the metal in the fragmentation pathways is also discussed. Fragmentation patterns are established and the effects of the different substituent groups are compared. In the sixth chapter several the study of meso-susbtituted porphyrins with phenyl, pyridyl, and phenyl substituted with nitro groups, methoxycarbonyl, sulfonamides, and fatty acid chains using the same instrumental conditions is reported. The study of mesotetraphenylporphyrin, its copper and zinc complexes and its fatty acid derivatives by matrix assisted laser desorption ionization, by post source decay and by collisionally activated decomposition of the formed molecular ions is also reported. A general fragmentation pathway is established and the effects of the different substituents are compared. In the seventh chapter, the gas-phase fragmentations of meso-tetraphenylporphyrins substituted in the P-positions with nitro, vinyl, acrylate, hydroxyacrylate and propenal groups and its metal complexes are described. The fragmentation reactions are dependent on the nature of the substituent. In the last chapter the study by fast atom bombardment mass spectrometry of dimers of porphyrins with an amide linkage or an ester linkage is reported. The formation of reduced species of the protonated molecule is observed, and its dependence on the matrix used is investigated. Gas-phase fragmentation is also studied and fragmentation patterns are established.