Polypyridine ruthenium complexes have attracted attention due to their remarkable photoelectronic properties and being employed as electron injection compounds in DSSCs, photo catalysts in water splitting among others. The first two chapters of this thesis present a comprehensive study of two novel ruthenium polypyridine and pyridine based complexes for DSSCs and for the study of an outer sphere intervalence electron transfer respectively. Porphyrins are organic structures commonly found in nature. Their outstanding chemical versatility, structural and electronic properties have made these compounds object of continuous research. Among these properties are enzymatic catalysis, transport and photoelectron generation. For these reasons the last two chapters of this thesis tried to focus in the development of supramolecular porphyrin arrangements capable of exploit and generate a synergistic effect of metallated cobalt porphyrins and polypyridine ruthenium complexes with opposite electronic properties -depending upon their - accepting or donating nature- and their interaction with GO as nanocomposites for effective tetraelectronic dioxygen reduction and isoniazid oxidation. These catalytic studies showed promising results as possible sensors for dioxygen and isoniazid when compared with reported methodologies. / Os complexos polipiridínicos de rutênio têm atraído muita atenção devido às suas notáveis propriedades foto eletrônicas, os quais têm sido empregados como compostos injetores de elétrons em DSSCs, fotocatalisadores na oxidação de água entre outros. Os dois primeiros capítulos desta tese apresentam um estudo abrangente de dois novos complexos polipiridínicos e piridínicos de rutênio para DSSCs e no estudo de uma transferência eletrônica de intervalência de esfera externa respetivamente. As porfirinas são estruturas orgânicas comumente encontradas na natureza. Sua excelente versatilidade química, propriedades estruturais e eletrônicas fizeram desses compostos objeto de intensa pesquisa. Entre essas propriedades estão a catálise enzimática, transporte e geração de fotoelétrons. Por estas razões, os dois últimos capítulos desta tese tentaram se concentrar no desenvolvimento de arranjos porfirínicos supramoleculares capazes de explorar e gerar um efeito sinérgico entre porfirinas de cobalto e complexos polipiridínicos de rutênio com propriedade eletrônicas opostas -dependendo da natureza -aceptor ou doador- e sua interação com GO como nano compósitos para a efetiva redução tetra eletrônica de oxigênio e oxidação de isoniazida. Os estudos catalíticos mostraramresultados promissores como possíveis sensores para oxigênio e isoniazida quando comparados com metodologias na literatura.

Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung sowie der Aufklärung des elektro- und spektroelektrochemischen Verhaltens metallocenyl-funktionalisierter Fünfring-Heterocyclen. Der Schwerpunkt lag dabei in den Messungen und der Analyse des Elektronentransfers zwischen den redoxaktiven Ferrocenylendgruppen über die heterocyclische Kerneinheit. Hierfür wurde zunächst eine Serie an Diferrocenyl-Thiadiazolen hergestellt und der Einfluss unterschiedlicher intermetallischer Abstände auf den Elektronentransfer untersucht (Kapitel 2.1). Im Weiteren wurden verschiedene Serien an 2,5-Diferrocenyl- und 2,3,4,5-Tetraferrocenyl-Heterocyclen hergestellt und bezüglich ihres Elektronentransferverhaltens studiert. Es zeigte sich, dass die elektronischen Eigenschaften der heterocyclischen Verbrückungseinheit einen großen Einfluss auf die Kommunikation zwischen den Ferrocenylendgruppen haben. Die geometrische Ähnlichkeit der Moleküle untereinander ermöglicht erstmals eine direkte Korrelation der elektrochemischen (ΔE°′) mit den spektroelektrochemischen (Oszillatorstärke der IVCT-Bande) Messungen. Aus diesem Zusammenhang konnte ein neues Verfahren zur Berechnung der effektiven Ladungstransferabstände entwickelt werden. (Kapitel 2.2 und 2.3) Ferrocenylsubstituierte Maleinsäureimide konnten synthetisiert und wie in Kapitel 2.4 gezeigt, hinsichtlich der intermetallischen Kommunikation entlang der C,C-Doppelbindung untersucht werden. Des Weiteren wurde das elektrochemische Verhalten ferrocenylsubstituierter drei- und fünfgliedriger Titanacyclen untersucht. Dabei zeigten sich strukturelle Neuorientierungen während des Oxidationsvorganges (Kapitel 2.5).

Detailed understanding of electron transfer reactions is important in many aspects of chemistry, biology and solar energy conversion. The main aim of this thesis is to provide further insight into electron transfer through highly conjugated bridge structures. Towards this end, three series of donor-acceptor dyads have been studied, all using an oligo(1,4-phenylene-ethynylene) moiety as the bridge. A common theme in these series is that they explore the effects of having either an ethynylene or phenylene as the attachment group between the bridge and the donor or acceptor. Photophysical characterization of these dyads was carried out by means of time resolved laser spectroscopy. The results show that having an ethynylene as attachment group results in higher rates for bridge mediated electron and energy transfer compared to similar systems, where a phenylene was used. It was also found that most of the investigated systems show a fast back electron transfer. A notable exception is a zinc(II) phthalocyanine- gold(III) porphyrin dyad, where very fast photoinduced electron transfer (kPET = 1.0×1012 s-1) was followed by relatively slow back electron transfer (kBET = 1.0×109 s-1). A complementary DFT investigation indicated that the charge shifted state involves a reduction of the gold ion, rather than the porphyrin ring. This results in lower electronic coupling between the reduced gold porphyrin and the bridge and thus slower back electron transfer. A series of zinc porphyrin platinum acetylide dyads was used to explore the effects on electronic coupling of different attachments points on the porphyrin ring. For the investigated system it was found that linking at the meso-position results in an eight-fold increase in electron transfer rate compared to the β-position. In addition, a series of mixed valence compounds was used to investigate electronic coupling mediated by cross-hyperconjugated or cross-π-conjugated bridges. The results indicate coupling elements of 100-400 cm-1, with the cross-π-conjugated bridge having the largest coupling. A complementary TD-DFT study indicates that both through bond and through space coupling can be active in these systems. The relative contribution of these two mechanisms to the electronic coupling is highly conformer dependent.

Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung sowie der Aufklärung des elektro- und spektroelektrochemischen Verhaltens metallocenyl-funktionalisierter Fünfring-Heterocyclen. Der Schwerpunkt lag dabei in den Messungen und der Analyse des Elektronentransfers zwischen den redoxaktiven Ferrocenylendgruppen über die heterocyclische Kerneinheit. Hierfür wurde zunächst eine Serie an Diferrocenyl-Thiadiazolen hergestellt und der Einfluss unterschiedlicher intermetallischer Abstände auf den Elektronentransfer untersucht (Kapitel 2.1). Im Weiteren wurden verschiedene Serien an 2,5-Diferrocenyl- und 2,3,4,5-Tetraferrocenyl-Heterocyclen hergestellt und bezüglich ihres Elektronentransferverhaltens studiert. Es zeigte sich, dass die elektronischen Eigenschaften der heterocyclischen Verbrückungseinheit einen großen Einfluss auf die Kommunikation zwischen den Ferrocenylendgruppen haben. Die geometrische Ähnlichkeit der Moleküle untereinander ermöglicht erstmals eine direkte Korrelation der elektrochemischen (ΔE°′) mit den spektroelektrochemischen (Oszillatorstärke der IVCT-Bande) Messungen. Aus diesem Zusammenhang konnte ein neues Verfahren zur Berechnung der effektiven Ladungstransferabstände entwickelt werden. (Kapitel 2.2 und 2.3) Ferrocenylsubstituierte Maleinsäureimide konnten synthetisiert und wie in Kapitel 2.4 gezeigt, hinsichtlich der intermetallischen Kommunikation entlang der C,C-Doppelbindung untersucht werden. Des Weiteren wurde das elektrochemische Verhalten ferrocenylsubstituierter drei- und fünfgliedriger Titanacyclen untersucht. Dabei zeigten sich strukturelle Neuorientierungen während des Oxidationsvorganges (Kapitel 2.5).