Porphyrins offer a very synthetically flexible template which can be modified in numerous ways to synthesize molecules with very useful properties applicable in areas such as non-linear optical properties, photodynamic therapy, dye-sensitized solar cells, chemical sensors and organic electronic devices. β-Substituted π-extended porphyrins offer unique capabilities in tuning the properties of the molecule towards practical applications. Increased π-conjugation allows the HOMO-LUMO gap to decrease and hence to redshift the absorption into the near-IR region. β-Fused benzoporphyrins offer additional benefits in which the benzene ring itself can be further modified using electron donating substituents and electron donating substituents to electronically tune these porphyrins for various uses. The goal of the research pursued in this dissertation was to develop new methods for the development of β-Substituted π-extended porphyrins and to study their optical and electronic properties. To accomplish this goal, we developed new method to synthesize A2B2 type tetrabenzoporphyrins and we studied the electron transfer in such systems. We also studied the effectiveness of such systems in dye sensitized solar cells. A new method to synthesize functionalized naphthalene fused porphyrins was also developed and we were also able to use this method to synthesize a push-pull naphthalene fused porphyrin.

Porphyrins with extended π-electronic networks are promising candidates for a wide range of applications from medicine to nanotechnology owing to their unique optical and electronic properties. This dissertation is focused on synthesis, characterization and application of β-functionalized π-extended porphyrins. This dissertation is comprised of seven chapters. Chapter 1 focuses on the importance and objective of this work. Chapter 2 gives brief introduction to porphyrins and π-extended porphyrins. In chapter 3, a class of β-functionalized linear push-pull zinc dibenzoporphyrins YH1-YH3 were designed, synthesized, and utilized as light harvesters for DSSCs. In chapter 4, in order to further enhance the photovoltaic performance of β-functionalized benzoporphyrin dyes based DSSCs, a new class of push-pull dibenzoporphyrins YH4-YH7 bearing the phenylethynyl bridge was designed, synthesized and utilized as light harvesters for DSSCs. In chapter 5, in order to solve the photodegradation problem associated with YH7, a new series of push-pull dibenzoporphyrins YH8-YH10 bearing different diarylamino push groups was designed and synthesized. This class of push-pull porphyrins shows improved photostability and enhanced DSSC performance. In chapter 6, a new pentacene-fused diporphyrin with high stability and solubility was prepared and characterized. Chapter 7 includes the summary of this dissertation and describes possible future work.

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Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-06-06T14:46:41Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3774616 bytes, checksum: 0876fb49507ce01bcd8d4756cb29ba71 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T14:46:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3774616 bytes, checksum: 0876fb49507ce01bcd8d4756cb29ba71 (MD5) Previous issue date: 2016-09-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The superoxide anion is among the reactive oxygen species closely related to physiopathological states associated with oxidative stress. The physiological superoxide levels are controlled in vivo by the superoxide dismutase enzymes (SOD). Pentacationic Mn porphyrins derived from 2-N-alkylpyridylporphyrins have been explored as potent SOD mimics and efficient redox modulators of oxidative stress. The in vivo efficiency of these compounds is related with their intrinsic catalytic activity, lipophilicity, bioavailability, and toxicity. The present study describes the synthesis of two A3B-type neutral porphyrins of low symmetry (A = 2-pyridyl, B = 3-methoxy-4-hydroxyphenyl or 3,4-dimethoxyphenyl), the methylation of these compounds to yield tricationic porphyrins and the preparation of the corresponding tetracationic Mn(III) porphyrins; overall, 8 new compounds are described: 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphyrin (H2VanTri-2-PyP), 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphyrin (H2MVanTri-2-PyP), 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphyrin chloride (H2VanTriM-2-PyPCl3), 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphyrin chloride (H2MVanTriM-2-PyPCl3), 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphinatomanganese(III) (MnVanTri-2-PyPCl), 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(2-pyridyl)porphinatomanganese(III) chloride (MnMVanTri-2-PyPCl), 5-(3-methoxy-4-hydroxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphinatomanganese(III) chloride (MnVanTriM-2-PyPCl4) and 5-(3,4-dimethoxyphenyl)-10,15,20-tris(N-methylpiridinium-2-yl)porphinatomanganese(III) chloride (MnMVanTriM-2-PyPCl4). The spectroscopic, electrochemical properties and lipophilicity of all compounds were compared with A4-type 2-N-pyridyl porphyrin analogues. The monocationic compounds MnVanTri-2-PyP+ and MnMVanTri-2-PyP+ showed too low Mn(III)/Mn(II) reduction potential incompatible with superoxide dismuting activity, whereas the tetracationic complexes MnVanTriM-2-PyP4+ and MnMVanTriM-2-PyP4+ showed potential values suitable for the development these compounds as SOD mimics based on structure-activity relationships reported for analogous systems. The lipophilicity of MnVanTriM-2-PyP4+ and da MnMVanTriM-2-PyP4+ suggests promising bioavailability for in vitro and in vivo testing. / O ânion radical superóxido constitui uma das espécies reativas de oxigênio intimamente relacionada a estados fisiopatológicos associados ao estresse oxidativo. Os níveis fisiológicos do superóxido são controlados in vivo pelas enzimas Superóxido Dismutases (SOD). Mn-porfirinas pentacatiônicas derivadas das 2-N-alquilpiridilporfirinas têm se destacado como mímicos potentes das enzimas SOD e, por sua vez, potentes moduladores redox de estresse oxidativo. A eficiência in vivo destes compostos está relacionada à atividade catalítica intrínseca, à lipofilicidade, à biodisponibilidade e à toxicidade. No presente estudo, descreve-se a síntese de 2 porfirinas neutras de baixa simetria do tipo A3B (A = 2-piridil, B = 3-metoxi-4-hidroxifenil ou 3,4-dimetoxifenil), a metilação destes compostos para obtenção de porfirinas tricatiônicas e a preparação das Mn(III) porfirinas tetracatiônicos correspondentes; ao todo são descritos 8 compostos inéditos: 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirina (H2VanTri-2-PyP), 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirina (H2MVanTri-2-PyP), cloreto de 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirina (H2VanTriM-2-PyPCl3), cloreto de 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirina (H2MVanTriM-2-PyPCl3), cloreto de 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirinatomanganês(III) (MnVanTri-2-PyPCl), cloreto de 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(2-piridil)porfirinatomanganês(III) (MnMVanTri-2-PyPCl), cloreto de 5-(3-metoxi-4-hidroxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirinatomanganês(III) (MnVanTriM-2-PyPCl4) e cloreto de 5-(3,4-dimetoxifenil)-10,15,20-tris(N-metilpiridinio-2-il)porfirinatomanganês(III) (MnMVanTriM-2-PyPCl4). As propriedades espectroscópicas, eletroquímicas e de lipofilicidade de todos os compostos foram comparadas com os derivados das 2-N-piridilporfirinas análogas do tipo A4. Os complexos monocatiônicos MnVanTri-2-PyP+ e MnMVanTri-2-PyP+ apresentam potenciais de redução Mn(III)/Mn(II) muito baixos para catalisarem a dismutação do superóxido, enquanto os complexos tetracatiônicos MnVanTriM-2-PyP4+ e MnMVanTriM-2-PyP4+ apresentaram potenciais apropriados para o desenvolvimento de mímicos SOD com base nas relações estrutura-atividade reportadas para sistemas correlatos. A lipofilicidade da MnVanTriM-2-PyP4+ e da MnMVanTriM-2-PyP4+ sugere que os compostos têm biodisponibilidade promissora para testes in vitro e in vivo.

Foram sintetizadas duas novas classes de porfirinas aquosolúveis pela quaternização dos resíduos piridínicos da TPyP empregando halelos de benzila e alila. Os produtos dessas reações de quaternização TBzPyP e TAlPyP. são mais facilmenle obtidos que a TMPyP, exingindo menores tempos de reação e menores quantidades de agente alquilante para que a quaternização total da TPyP seja efetuada. Esse procedimento surge como uma rota alternativa para a obtenção de porfirinas aquosolúvei s e vale-se da alta estabilidade dos cátions benzílicos e alílicos. Os respectivos complexos de zinco e paládio foram obtidos da reação de quaternização de ZnTPyP e PdTPyP ou por reações de metalação de TBzPyP e TAlPyP. As bases livres e os metalocomplexos foram estudados quanto às suas propriedades espectroscópicas, eletroquímicas e fotoquímicas. Os novos derivados apresentam deslocamentos batocrômicos das posições dos máximos de absorção e emissão se comparados com a série metil-piridil substituída, indicando a existência de efeitos eletrônicos e vibracionais dos substituintes sobre o sistema Π do macrociclo. Os dados espectroscópicos mostram evidências de que as bases livres encontram-se em solução aquosa no estado agregado, provavelmenle formando dímeros em concentrações superiores a cerca de 6.0 x 10-7 M. A presença de detergentes aniônicos altera significamente tanto a posição dos máximos de absorção como de emissão mostrando que além dos aspectos eletrostáticos fatores hidrofôbicos-hidrofílicos fazem-se presentes na interação de surfactantes com os derivados porfirínicos. C comportamento eletroquímico dos derivados benzílicos e alílicos também é diferenciado com relação aos derivados metílicos, sendo observadas maiores separações entre os picos anódico e catódico. Estas diferenças devem-se, provavelmente ao maior caráter hidrofóbico destes derivados, que originam interações específicas nos processos eletródicos. Os tempos de vida do estado excitado triplete das zinco porfirinas, ZnTMPyP, ZnTBzPyP e ZnTAlPyP foram medidos utilizando-se a técnica de flash-photolysis, sendo que todas apresentam tempos de vida da ordem de 1 ms. A fim de estudar reações de transferência de elétrons fotoinduzidas entre os novos derivados porfirínicos e aceptores adequados em sistemas de clivagem da água (p. ex. metilviologênio), catalisadores coloidais de platina foram preparados pela redução de Pt(IV) ou Pt(II) a Pt(O), e as dimensões do colóide foram estimadas por microscopia eletrônica, sendo obtidas partículas coloidais de 30-40 Å. A concentração de platina foi determinada por emissão atômica, ou por complexiometria. Estudou-se a interação de porfirinas e metaloporfirinas com o polímero sintético da melanina, utilizando-se a técnica de emissão de fluorescência. Verificou-se que a presença de metais coordenados à porfirina assim como a presença de grupos com maior caráter hidrofôbico acentuam a interação implicando em maior especificidade destes derivados, característica essa apropriada para a utilização destas moléculas em terapia fotodinâmica. Foi determinada a CMC em pH = 1,00 de um derivado porfirínico surfactante, sendo que a partir de 1,0 x 10-4 M ocorre a micelização. Este é o primeiro exemplo de auto-agregação de uma porfirina sintética em um meio onde não participam solventes orgânicos. / In the present work two new classes of water soluble porphyrins were prepared by the quaternization of the TPyP pyridynic groups employng benzyl and allyl halides. The products of these quaternization reactions, TBzPyP and TAlPyP, are easier to obtain than TMPyP because they require smaller amounts of alkylating agents and a less period of reaction to achive the pyridinic quaternization. This method is an alternative route in obtaining water soluble porphyrins and is based on the high stability of the benzylic and allylic cation. The corresponding zinc and palladium complexes were obtanained by quaternization reactions of ZnTPyP and PdTPyP or by metallation reactions of TBzPyP and TAlPyP. The free bases and metallocomplexes studies were carried out taking to account their spectroscopic electrochemical and photochemical properties. The new derivatives exhibit bathocromic shifts in the absorption and emission position bands when compared with the methyl-pyridynium derivatives these data indicate the existence of elect.ronic and vibrational effects of the substituents on the macrociclic Π system. The espectroscopic data show evidences that the free bases are like aggregates in aqueous solution, probably forming dimers in the concentration range of 5,0 x 10-7 M. The presence of anionic detergents alter deeply the spectroscopic properties, showing that hidrophobic-hidrophylic factors in addition of eletrostatic factors are present, in the interaction of the surfactant with the porphyrinic derivatives. The electrochemical behavior of the benzylic and allylic derivatives are different when compared with the methylic derivatives, were it was observed greater separation between the anodic and cathodic peaks. The observed differences are probably due to specific interactions of the more hidrophobic derivatives in eletrode processes. The triplet excited state lifetimes of the zinc derivatives, ZnTMPyP, ZnTBzPyP e ZnTAlPyP mesured employng f\'lash-photolysis thecnics were c.a. 1 ms. The synthesis of coloidal platinum catalyst was achived by slight modification of the literature methods, and the size of the majority particules determined by electron microscopy are around 30-40 A. The int.eract.ion between porphyrins and metalloporphyrins wilh the synthetic melanin polymer was studied employng fluorescence emisson. The presence of coordinate metals and the presence of more hidrophobic groups attached at the porphyrin ring originate greater specificity by the polymer, which make them possible photosensitizers in photodynamic therapy. It was also determined the CMC of a surfactant funtionalyzed zinc porphyrin in aqueous medium at. pH = 1,00. This derivative form micellar assemblies at 1,0 x 10-4 M, and is the first example of self aggregation of a synthetic porphyrin in a non-organic medium.

Nesta tese foi desenvolvida uma nova classe de porfirinas supramoleculares contendo um grupo (4-nitrofenil)triazeno ligado na posição meso-aril do anel porfirínico. Suas propriedades estruturais e eletrônicas foram investigadas por espectrometria de massas, espectroscopia eletrônica de absorção e emissão, cálculos teóricos semi-empíricos, ressonância magnética nuclear de 1H e 13C, voltametria cíclica e espectroeletroquímica. Efeitos eletrônicos e estruturais diferenciados foram observados quando o grupo triazeno é inserido na porfirina, fazendo com que estes novos compostos apresentem novas propriedades quanto, por exemplo, às fragmentações no estado gasoso, deslocamento batocrômico nos espectros eletrônicos de absorção, variação das intensidades relativas e nos valores dos rendimentos quânticos de fluorescência, deslocalização eletrônica nos orbitais de fronteira evidenciando as transições de transferência de carga do ânion triazenido para o anel porfirínico e variações nos processos redox dos compostos até então estudados / In this thesis we has been developed a new class of supramolecular porphyrins containing (4-nitrophenyl)triazene group connected in the meso-aryl-position of the porphyrin ring. Their structural and electronic properties were investigated by mass spectrometry, absorption and emission electronic spectroscopy, semi-empirical theoretical calculations, nuclear magnetic resonance of 1H and 13C-NMR, cyclic voltammetry and spectroelectrochemistry. Different structural and electronic effects were observed when the unit is inserted into the triazene to porphyrin, so that these presents new properties such as, for example, to fragmentation in the gaseous state, bathocrimic shift in the electronic absorption spectra, relative intensity variation and values the fluorescence quantum yields, electron delocalization in the frontier orbitals showing the charge-transfer transitions from the triazenide anion to the porphyrin ring and changes in redox processes of compounds previously studied.

Nesta tese foi desenvolvida uma nova classe de porfirinas supramoleculares contendo um grupo (4-nitrofenil)triazeno ligado na posição meso-aril do anel porfirínico. Suas propriedades estruturais e eletrônicas foram investigadas por espectrometria de massas, espectroscopia eletrônica de absorção e emissão, cálculos teóricos semi-empíricos, ressonância magnética nuclear de 1H e 13C, voltametria cíclica e espectroeletroquímica. Efeitos eletrônicos e estruturais diferenciados foram observados quando o grupo triazeno é inserido na porfirina, fazendo com que estes novos compostos apresentem novas propriedades quanto, por exemplo, às fragmentações no estado gasoso, deslocamento batocrômico nos espectros eletrônicos de absorção, variação das intensidades relativas e nos valores dos rendimentos quânticos de fluorescência, deslocalização eletrônica nos orbitais de fronteira evidenciando as transições de transferência de carga do ânion triazenido para o anel porfirínico e variações nos processos redox dos compostos até então estudados / In this thesis we has been developed a new class of supramolecular porphyrins containing (4-nitrophenyl)triazene group connected in the meso-aryl-position of the porphyrin ring. Their structural and electronic properties were investigated by mass spectrometry, absorption and emission electronic spectroscopy, semi-empirical theoretical calculations, nuclear magnetic resonance of 1H and 13C-NMR, cyclic voltammetry and spectroelectrochemistry. Different structural and electronic effects were observed when the unit is inserted into the triazene to porphyrin, so that these presents new properties such as, for example, to fragmentation in the gaseous state, bathocrimic shift in the electronic absorption spectra, relative intensity variation and values the fluorescence quantum yields, electron delocalization in the frontier orbitals showing the charge-transfer transitions from the triazenide anion to the porphyrin ring and changes in redox processes of compounds previously studied.

Foram sintetizadas duas novas classes de porfirinas aquosolúveis pela quaternização dos resíduos piridínicos da TPyP empregando halelos de benzila e alila. Os produtos dessas reações de quaternização TBzPyP e TAlPyP. são mais facilmenle obtidos que a TMPyP, exingindo menores tempos de reação e menores quantidades de agente alquilante para que a quaternização total da TPyP seja efetuada. Esse procedimento surge como uma rota alternativa para a obtenção de porfirinas aquosolúvei s e vale-se da alta estabilidade dos cátions benzílicos e alílicos. Os respectivos complexos de zinco e paládio foram obtidos da reação de quaternização de ZnTPyP e PdTPyP ou por reações de metalação de TBzPyP e TAlPyP. As bases livres e os metalocomplexos foram estudados quanto às suas propriedades espectroscópicas, eletroquímicas e fotoquímicas. Os novos derivados apresentam deslocamentos batocrômicos das posições dos máximos de absorção e emissão se comparados com a série metil-piridil substituída, indicando a existência de efeitos eletrônicos e vibracionais dos substituintes sobre o sistema Π do macrociclo. Os dados espectroscópicos mostram evidências de que as bases livres encontram-se em solução aquosa no estado agregado, provavelmenle formando dímeros em concentrações superiores a cerca de 6.0 x 10-7 M. A presença de detergentes aniônicos altera significamente tanto a posição dos máximos de absorção como de emissão mostrando que além dos aspectos eletrostáticos fatores hidrofôbicos-hidrofílicos fazem-se presentes na interação de surfactantes com os derivados porfirínicos. C comportamento eletroquímico dos derivados benzílicos e alílicos também é diferenciado com relação aos derivados metílicos, sendo observadas maiores separações entre os picos anódico e catódico. Estas diferenças devem-se, provavelmente ao maior caráter hidrofóbico destes derivados, que originam interações específicas nos processos eletródicos. Os tempos de vida do estado excitado triplete das zinco porfirinas, ZnTMPyP, ZnTBzPyP e ZnTAlPyP foram medidos utilizando-se a técnica de flash-photolysis, sendo que todas apresentam tempos de vida da ordem de 1 ms. A fim de estudar reações de transferência de elétrons fotoinduzidas entre os novos derivados porfirínicos e aceptores adequados em sistemas de clivagem da água (p. ex. metilviologênio), catalisadores coloidais de platina foram preparados pela redução de Pt(IV) ou Pt(II) a Pt(O), e as dimensões do colóide foram estimadas por microscopia eletrônica, sendo obtidas partículas coloidais de 30-40 Å. A concentração de platina foi determinada por emissão atômica, ou por complexiometria. Estudou-se a interação de porfirinas e metaloporfirinas com o polímero sintético da melanina, utilizando-se a técnica de emissão de fluorescência. Verificou-se que a presença de metais coordenados à porfirina assim como a presença de grupos com maior caráter hidrofôbico acentuam a interação implicando em maior especificidade destes derivados, característica essa apropriada para a utilização destas moléculas em terapia fotodinâmica. Foi determinada a CMC em pH = 1,00 de um derivado porfirínico surfactante, sendo que a partir de 1,0 x 10-4 M ocorre a micelização. Este é o primeiro exemplo de auto-agregação de uma porfirina sintética em um meio onde não participam solventes orgânicos. / In the present work two new classes of water soluble porphyrins were prepared by the quaternization of the TPyP pyridynic groups employng benzyl and allyl halides. The products of these quaternization reactions, TBzPyP and TAlPyP, are easier to obtain than TMPyP because they require smaller amounts of alkylating agents and a less period of reaction to achive the pyridinic quaternization. This method is an alternative route in obtaining water soluble porphyrins and is based on the high stability of the benzylic and allylic cation. The corresponding zinc and palladium complexes were obtanained by quaternization reactions of ZnTPyP and PdTPyP or by metallation reactions of TBzPyP and TAlPyP. The free bases and metallocomplexes studies were carried out taking to account their spectroscopic electrochemical and photochemical properties. The new derivatives exhibit bathocromic shifts in the absorption and emission position bands when compared with the methyl-pyridynium derivatives these data indicate the existence of elect.ronic and vibrational effects of the substituents on the macrociclic Π system. The espectroscopic data show evidences that the free bases are like aggregates in aqueous solution, probably forming dimers in the concentration range of 5,0 x 10-7 M. The presence of anionic detergents alter deeply the spectroscopic properties, showing that hidrophobic-hidrophylic factors in addition of eletrostatic factors are present, in the interaction of the surfactant with the porphyrinic derivatives. The electrochemical behavior of the benzylic and allylic derivatives are different when compared with the methylic derivatives, were it was observed greater separation between the anodic and cathodic peaks. The observed differences are probably due to specific interactions of the more hidrophobic derivatives in eletrode processes. The triplet excited state lifetimes of the zinc derivatives, ZnTMPyP, ZnTBzPyP e ZnTAlPyP mesured employng f\'lash-photolysis thecnics were c.a. 1 ms. The synthesis of coloidal platinum catalyst was achived by slight modification of the literature methods, and the size of the majority particules determined by electron microscopy are around 30-40 A. The int.eract.ion between porphyrins and metalloporphyrins wilh the synthetic melanin polymer was studied employng fluorescence emisson. The presence of coordinate metals and the presence of more hidrophobic groups attached at the porphyrin ring originate greater specificity by the polymer, which make them possible photosensitizers in photodynamic therapy. It was also determined the CMC of a surfactant funtionalyzed zinc porphyrin in aqueous medium at. pH = 1,00. This derivative form micellar assemblies at 1,0 x 10-4 M, and is the first example of self aggregation of a synthetic porphyrin in a non-organic medium.

Eine Studie zur kovalenten Immobilisierung einiger Porphyrinderivate und einer p-Maleimidophenyl-Spezies (p-MP) auf der Si(111)-Oberfläche wird vorgestellt. Hierbei lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung des Einflusses von Reaktionsparametern auf die Abscheidung und die Qualität organischer Schichten. Die dünnen Schichten werden mittels nasschemischer Methoden abgeschieden. Die hergestellten Strukturen werden mit einer Vielzahl oberflächensensitiver Messtechniken wie der IR-Ellipsometrie, der XPS-, der SEIRA- und der IR-Reflexionsspektroskopie analysiert. Alle Abscheidungen in dieser Arbeit werden in situ durchgeführt, zusätzlich zu den ex situ Reaktionen, um das Verständnis der Filmwachstums- und Depositionsgeschwindigkeiten zu erhalten. Bei der Untersuchung der Porphyrin-Dünnschichten lag der Fokus auf den synthetische Bedingungen der Materialabscheidung. Die Lösungsreaktionen zeigen, dass die Reaktion mit dem voraktivierten Porphyrinderivat zu einer besseren Ausbeute führt als mit dem in situ aktivierten Porphyrin. Wenn diese Reaktion jedoch unter Verwendung des Schicht-für-Schicht-Abscheidungsprinzips auf die Oberfläche übertragen wird, findet die Reaktion mit den oberflächengebundenen Aminosilanmolekülen mit einer viel langsameren Geschwindigkeit statt als die gleiche Reaktion in Lösung. Es wird ein alternativer Syntheseansatz vorgeschlagen, bei dem das Produkt in Lösung hergestellt und dann auf dem oxidierten Si-Substrat abgeschieden wird. Eine weitere in situ-Studie zum p-MP-Elektropfropfen auf der H-terminierten Si(111)-Oberfläche liefert Details zur Dünnschichtbildung im monolagigen und im sub-monolagigen Bereich. Die spontane Pfropfung von p-MP wird ebenfalls in situ überwacht. Es wurde festgestellt, dass die Bildung einer Monoschicht während der stromlosen Abscheidung länger dauert als bei einer elektrochemischen Abscheidung. Als Alternative zum Radikalmechanismus wird ein kationischer Mechanismus vorgeschlagen. / A study on the covalent immobilization of a couple of porphyrin derivatives and a p-maleimidophenyl species (p-MP) on Si(111) surface is presented to investigate how do reaction parameters influence the deposition and the quality of organic layers. The thin films are deposited with “wet chemistry” methods. The prepared structures are analyzed with a variety of surface sensitive techniques, namely, IR ellipsometry, XPS, SEIRA, and IR reflection spectroscopy. All depositions in this work are conducted in situ, in addition to the ex situ reactions, to gain an understanding of the film growth and deposition rates. The study on porphyrin thin films focused on the synthetic conditions of material deposition. Solution reactions indicate that the reaction with the pre-activated porphyrin derivative leads to a better yield than with the in situ-activated porphyrin. However, when this reaction is transferred to the surface by using the layer-by-layer deposition approach, the reaction with the surface-bound aminosilanes molecules takes place at a much slower rate than the same reaction in solution. An alternative synthetic approach, where the product is prepared in solution and then deposited on the oxidized Si substrate, is proposed. A parallel in situ study on p-MP electrografting on the H-terminated Si(111) surface provides details on the thin film formation in a monolayer and a sub-monolayer regime. The spontaneous grafting of p-MP is also monitored in situ. It was found that the formation of a monolayer during the electroless deposition takes longer than an electrochemical deposition. A cationic mechanism is proposed as an alternative to a radical mechanism.

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