Phthalocyanine-based systems: synthesis, properties and applications

Abstract

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.

This dissertation reports the synthesis and the study of the photophysical and biological properties of phthalocyanine-based systems. The systems prepared comprise phthalocyanines bearing D-galactose units, cyclodextrins, [60]fullerene or porphyrins. In the first part, water-soluble phthalocyanines bearing four or eight D-galactose units are synthesised to be used as potential photosensitisers in photodynamic therapy. The efficiency to generate singlet oxygen, as well as the in vitro photodynamic activity on HeLa carcinoma cells induced by the glycophthalocyanines are also evaluated. Additionally, MALDI-MS/MS studies of two pairs of isomeric glycophthalocyanines are also reported. In the second part, the synthesis and characterisation of supramolecular assembles of phthalocyanines attached to cyclodextrins or [60]fullerene are described. Synthetic methodologies were developed to afford ruthenium(II) phthalocyanines bearing axially cyclodextrin derivatives, and zinc(II) phthalocyanines covalently connected to cyclodextrins. The synthesis of a zinc(II) phthalocyanine-[60]fullerene dyad is also reported. The synthetic strategy involve an unusual first step, a reductive amination reaction, leading to a phthalocyanine functionalized with a glycine, followed by the standard 1,3- dipolar cycloaddition reaction. In the third part, donor-acceptor arrays based on porphyrin-phthalocyanine dyads, which constitute promising models to mimic natural photosynthetic systems, are reported. Different types of N-linked porphyrin-phthalocyanine dyads, connected either through the meso phenyl group or the β-pyrrolic positions of the porphyrin, are synthesised and characterised. The synthetic approaches involve palladium catalysed amination reactions and the classical cross-condensation of two differently substituted phthalonitriles. The photoinduced energy and electron transfer processes evolving from the porphyrin-phthalocyanine dyads are also reported.