Síntese de novos derivados tetrapirrólicos

Abstract

A presente dissertação contempla a síntese de díades porfirina-ftalocianina e descreve os resultados obtidos em estudos de funcionalização de 5,10,15,20- tetra-arilporfirinas, via grupos amino e nitro. Este trabalho encontra-se dividido em quatro partes. Na primeira parte descrevem-se as características gerais de porfirinas e ftalocianinas, bem como algumas metodologias sintéticas utilizadas na sua preparação e potenciais aplicações. A segunda parte desta dissertação descreve a síntese de díades porfirinaftalocianina recorrendo à condensação cruzada entre a 5,10,15,20- tetrafenilporfirina substituída na posição beta-pirrólica por um grupo ftalonitrilo e a unidade de ftalonitrilo e ftalonitrilos substituídos. Pela primeira vez, os dois crómoforos estão directamente ligados, sem qualquer espaçador, através da posição beta-pirrólica da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina. A porfirina-ftalonitrilo necessária para a síntese das díades foi preparada através da reacção de adição de fumaronitrilo à 5,10,15,20-tetrafenilporfirina funcionalizada com o grupo 1,3-butadienilo, seguida de oxidação do aducto resultante. Os estudos fotofísicos das díades acima referidas permitiram verificar a ocorrência eficiente de transferência de energia da unidade porfirínica para a ftalocianina, capacidade essa que permitirá a estes sistemas serem usados para modelar a função antena do processo fotossintético. Na terceira parte deste trabalho descreve-se a funcionalização de 5,10,15,20- tetra-arilporfirinas com aminas aromáticas usando duas rotas sintéticas diferentes. A reacção de 2-nitro-5,10,15,20-tetra-arilporfirinas com aminas aromáticas originou novos derivados do tipo 2-arilaminoporfirinas. Verificou-se que esta metodologia é apenas aplicável à anilina e anilinas substituídas com grupos dadores de electrões. Nesta rota sintética também se obtiveram derivados porfirínicos de anéis fundidos. A reacção entre o 2-amino-5,10,15,20-tetrafenilporfirinato Ni(II) e brometos de arilo na presença de paládio, reacção de arilação de Buchwald-Hartwig, permitiu, após reacção de descomplexação, a obtenção de novos derivados do tipo 2-arilaminoporfirinas com grupos substituintes dadores e aceitadores de electrões. 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 em FAB+ e espectroscopia de UV-vis, dos compostos sintetizados. Nalguns casos recorreu-se ainda a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, HSQC, HMBC e NOESY.

ABSTRACT: The work presented in this dissertation describes the synthesis of porphyrinphthalocyanine dyads and functionalization, via nitro and amino groups, of 5,10,15,20-tetraarylporphyrins with aromatic amines. In the first part the general properties of porphyrins and phthalocyanines are described and also some synthetic methodologies used in their preparation and some potential applications. The second part of this dissertation describes, after a brief reference to biomimetic models for natural photosynthesis processes, the synthesis of porphyrin-phthalocyanine dyads by crossover condensation of a porphyrinphthalonitrile derivative with different non-porphyrinic phthalonitriles. For the first time, these two chromophoric units are directly linked, without any spacer, through the beta-pyrrolic position of 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin. The porphyrin-phthalonitrile was obtained by Diels-Alder reaction between the 1,3- butadienyl porphyrin (obtained by the thermal extrusion of SO2 from a sulfolene derivate) with fumaronitrile, followed by the oxidation of the resulting adduct. The porphyrin-phthalocyanine dyads photophysical studies demonstrated an efficient energy transfer between chromophores, which indicates that these compounds may be used as antennae on biomimetic model systems of natural photosynthesis. In the third part of this work it is described the functionalization of 5,10,15,20- tetraarylporphyrins with aromatic amines using two different synthetic routes. The reaction of 2-nitro-5,10,15,20-tetraarylporphyrins with aromatic amines provides new 2-arylaminoporphyrins. This synthetic methodology is only applied to aniline and anilines substituted with electron donating groups. This reaction also provides the formation of new porphyrin derivatives bearing fused rings. The reaction of Ni(II) complex of 2-amino-5,10,15,20-tetraphenylporphyrin with aryl bromides, in the presence of palladium, Buchwald-Hartwig amination, leads, after demetallation, to 2-arylaminoporphyrins bearing electron donating and electron withdrawing groups. In the last part there is a description of all experimental methodologies used on this work. All of the synthesized compounds were characterized by nuclear magnetic resonance, mass spectrometry and UV-vis spectroscopy. In some cases, several 2D-NMR techniques were used, namely, COSY, HSQC, HMBC and NOESY.