Os complexos de rutênio há algumas décadas são estudados visando à aplicação em medicina, catálise e fotoquímica. Particularmente, com interesse voltado para a área médica, novos compostos têm sido desenvolvidos para substituir a cis-platina no tratamento do câncer, uma vez que este medicamento atua numa gama restrita de tipos de tumores e apresenta efeitos colaterais. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi obter compostos polinucleares que possam reunir, em uma única espécie, duas ou três unidades de rutênio biologicamente relevantes. Compostos já conhecidos pela potencialidade antitumoral própria - cis-[RuCl2(dmso)4] e [Ru2Cl(AcO)4] - foram escolhidos como unidades de construção. Os compostos 4,4´-bipiridina e a 4-cianopiridina foram utilizadas como ligantes de ponte para unir estas unidades. Duas rotas diferentes para a obtenção dos compostos polimetalados foram propostas, sendo a escolha dependente do ligante-ponte utilizado. Três complexos precursores foram preparados modificando-se procedimentos já descritos, e novos compostos - um monômero e quatro polimetalados -foram sintetizados. Todos os complexos obtidos foram caracterizados por meio de medidas de análise elementar (CHN), espectroscopia eletrônica (UV-VIS-NIR) de soluções e de sólidos, espectroscopia vibracional (IV), e análise termogravimétrica (TGA). A técnica de 1H RMN e medidas de susceptibilidade magnética também foram utilizadas em alguns casos. / Ruthenium complexes have been studied for some decades for use in Medicine, catalysis and photochemistry. Regarding applications in the medical field, new compounds have been developed to substitute cisplatin in cancer treatment, since it has side effects and works on a restricted range of tumours. The objective of this research was to obtain polinuclear compounds that could combine, in one single structure, two or three known biologically active ruthenium units. Compounds known to exhibit antitumoral activity - cis-[RuCl2(dmso)4] and [Ru2Cl(AcO)4] - were chosen as building blocks. The 4,4´-bipyridine and 4-cianpyridine compounds were used as bridging ligands to connect these units. Two different synthetic routes were designed to obtain the polinuclear compounds being the choice dependent of the bridging ligand. Three precursors were prepared by modified - were synthesized. All obtained compounds were characterised by elemental analysis (CHN), electronic spectroscopy (UV-VIS-NIR) in solutions and solid state, vibrational spectroscopy (IR), and thermogravimetric analysis (TGA). The 1H NMR technique and magnetic susceptibility measurements were also used in some cases.

Os objetivos da tese são, investigar (i) as estruturas terciária e quaternária de diversas proteínas em solução e (ii) as mudanças conformacionais de proteínas induzidas por ligantes e/ou temperatura, variando-se a concentração dos mesmos, etc. A principal técnica utilizada foi a de espalhamento de raios X a baixos ângulos (no inglês SAXS de mall-angle X-ray scattering), associada a outras metodologias como cristalografia e modelagem de proteínas. As contribuições dos estudos realizados de várias proteínas de interesse científico foram as seguintes: (i) propôs-se pela primeira vez um modelo de um receptor nuclear (RXR) composto por dois domínios, um de ligação ao ligante e outro ao DNA; (ii) elucidou-se o estado configuracional da fosfo-enol-piruvato carboxoquinase em solução; (iii) foi determinado o efeito de agregação e mudança conformacional induzido por ligantesna isoenzima fosfofrutoquinase e (iv) determinou-se a estrutura em solução da interleucina humana 22 e propôs-se modelos de interação com seus receptores. Além disso, (i) foi desenvolvido um método para determinar o estado oligomérico de uma proteína em solução, em quaisquer condições de tampão e concentração, utilizando medidas de SAXS em escala relativa, e (ii) mostrou-se que a densidade das proteínas é uma função do seu peso molecular, contrariando conceitos clássicos, tendo as proteínas pequenas (< 20kDa) uma densidade mais elevada que as maiores. / The purpose of this thesis is to investigate (I) the tertiary and quaternary structure of several proteins in solution and (II) conformational changed that such proteins undergo when they bind to ligands or temperature, pH, etc. conditions are varied. The main experimental technique utilized in this study was Small Angle X-Ray Scattering (SAXS) associated to other techniques and approaches like protein crystallography and homology modeling. The main contributions related to this work are: (i) for the first time a model for a nuclear receptor (RXR) containing two domains was proposed, one DNA binding domain and one ligand binding domain; (ii) the oligomeric state of the phosphor-enol-pyruvate caboxykynase in solution was detennined; (iii) the conformation changed induced by ligants to the isoenzyme phosphofructokinase was determined and (iv) the solution structure of human interleukin revealed and a model with its receptor proposed. Additionally, (i) a method for determining the oligomeric state of a protein in solution under any buffer conditions and concentration using SAXS in relative scale is proposed and (ii) it was also shown that proteins density is a molecular weight dependent function, where small proteins with less than 20kDa have in average a larger density than bigger ones.

A tese consistiu no estudo por técnicas reológicas da dinâmica de géis e dispersões da gliadina do glúten do trigo em meios de dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilformamida (DMF) e formamida puros e em suas misturas com a água. Investigou-se o efeito da temperatura e das concentrações das espécies componentes (proteína e constituintes dos sistemas solventes) sobre o comportamento de fluxo e de deformação dos sistemas. Foram realizados testes em regime estacionário, ensaios transientes e ensaios dinâmicos (oscilatórios). A caracterização da proteína nos diversos meios foi realizada através de técnicas de espalhamento de luz dinâmico e estático e de espalhamento de raios X em baixos ângulos. Esses recursos permitiram descrever a distribuição de populações da proteína nos géis e dispersões, em suas formas livres ou associadas, assim como estimar aspectos de tamanho e mobilidade a partir da determinação dos raios hidrodinâmicos e coeficientes de difusão. As composições de aminoácidos da gliadina, na fração bruta e em uma fração isolada em meio etanólico, foram determinadas por técnicas de CLAE Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. Um isolamento preliminar das sub-frações de gliadina foi obtido por outra técnica cromatogrática (FPLC Fast Polymer Liquid Chromatography). Foram ainda desenvolvidos estudos relativos ao efeito de gliadina sobre a bicamada lipídica de vesículas gigantes de fosfolipídio, através da técnica de aspiração por micropipetas, com monitoramento por vídeo-microscopia. O objetivo foi o de se verificar o eventual efeito da proteína sobre a constante de elasticidade, kc, da bicamada. Os resultados obtidos podem ser resumidos como se segue: a) o comportamento viscoelástico apresentado pela gliadina mostrou dependência com a natureza e a composição do meio de dispersão. Foi verificada a ocorrência de comportamento tixotrópico ou reopéxico como função da temperatura e um comportamento cíclico para a viscosidade em função do tempo. b) foi possível correlacionar alguns aspectos da estrutura molecular e polaridade do solvente com a maior ou menor capacidade de formação de gel de gliadina: solventes com regiões apolares mais expressivas, como DMSO e DMF (&#949;= 47,24 e 38,25, respectivamente) induzem a formação de géis rígidos, enquanto um composto como formamida, destituído de um domínio apolar minimamente significativo e &#949; maior que o da água (&#949; = 84), tem capacidade significativamente menor de promover a formação de géis com as mesmas características de rigidez. c) os géis são formados por unidades com raios de giro da ordem de 15Å, além de agregados de tamanhos bem maiores. Considerando-se a massa molar média de 32 350 g/mol para a gliadina em nossa amostra, é de se supor que a proteína encontre-se muito compactada no gel (considere-se que lisozima, com massa molar muito menor, igual a 14300 g/mol, possui raio de giro nesse mesmo valor). Um modelo de enovelamento interpenetrante, proposto em nosso grupo através de métodos de dinâmica molecular para a conformação da gliadina, seria assim compatível com essas observações experimentais. d) gliadina &#969;, seletivamente extraída por tratamento com etanol, mostrou-se capaz de reduzir a elasticidade de membranas de microvesículas de fosfolipídios, aumentando o valor de sua constante de curvatura kc. Um efeito de saturação foi observado, para razões de massa gliadina/DOPC ~2-3%. e) coeficientes de difusão para dispersões de gliadina são da ordem de 10-10 cm2.s-1, com raios hidrodinâmicos na faixa nm-&#181;m. Duas populações dinamicamente distintas foram identificadas nos géis de gliadina. f) o grau de polidispersão e o tamanho dos agregados mostraram dependência com a concentração da proteína nos géis: são gerados agregados menores (diminuição da massa molar média) em tamanhos mais uniformes (menor polidispersão), com o aumento da concentração de gliadina. Essa mesma tendência de variação é observada como função do tempo, indicando a ocorrência de rearranjos estruturais na fase de envelhecimento dos géis. / The thesis consisted in a rheological study of the dynamics of gels and dispersions of gliadin from wheat gluten in pure dimethylsulfoxide, dimethylformamide or formamide and in their mixtures with water. The effect of temperature and that of the concentration of the component species (protein and solvent constituents) on flow behavior and deformation were evaluated. Steady-state, transient and dynamical (oscillatory) tests were performed. Protein characterization in the various media was performed through dynamic and static light scattering and small angle X ray scattering techniques. The application of techniques allowed to describe the distribution of protein populations in the gels and dispersions, in their free and associated forms, as well as to estimate their size and mobility, through the determination of the hydrodynamical radii and diffusion coefficients. The amino acid compositions of gliadin, both in the crude protein and in an isolated fraction in ethanol, were determined by HPLC technique. A preliminary isolation procedure of gliadin sub-fractions was achieved by another chromatographic technique (FPLC). The effect of gliadin on the phospholipid bilayer of giant vesicles was studied through the technique of micropipet aspiration coupled to videomicroscopy. The aim was to verify the possible effect of protein on the elasticity constant, kC of the bilayer. Results obtained can be summarized as follows: a) the viscoelastic behavior presented by gliadin was found to be dependent on the nature and composition of the dispersing media. Temperature-dependent tixotropic or rheopexic behavior were observed, as well as a cyclic behaviour for viscosity as a function of time. b) it was possible to correlate some aspects of solvent molecular structure and polarity with its greater or lesser capacity of gel formation: solvents with more expressive apolar regions, such as DMSO and DMF (&#949; = 47,24 and 38,25, respectively) induce formation of rigid gels, whereas a compound such as formamide, devoid of a minimally significant apolar domain and &#949; greater than that of water (&#949; = 84), is significantly less able to promote gel formation with the same characteristics of rigidity. c) gels are formed by units with gyration radius around 15Å and also by aggregates of greater size. Considering that the average molar mass in our sample for gliadin is 32350, one can assume that the protein is very densely packed in the gel (consider for instance that lysozyme, with a much lower molar mass, 14300 g/mol, has a gyration radius of this same size). A compact, interpenetrating folding model for gliadin, developed in our group through molecular dynamics, is compatible with such experimental observations. d) &#969; gliadin, selectively extracted in ethanol, was found to be able to reduce membrane elasticity of phospholipid microvesicles, by increasing its elastic curvature constant kC. A saturation effect was observed, for a mass ratio as low as gliadin/DOPC ~2-3%. e) diffusion coefficients for gliadin dispersions are circa 10-10 cm2.s-1, with hydrodynamical radii in the nm-&#181;m range. Two dynamically distinct populations are identified in the gliadin gels. f) gel polydispersity and aggregate size depend on protein concentration: smaller aggregates (lower average molar mass) of more uniform sizes are produced for increasing gliadin concentration. Variation with time followed the same pattern, indicating that structural rearrangements take place during gel aging.

Orientador: Alexandre Reily Rocha / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014

O trabalho apresentado nesta Tese tem como objetivo a elaboração de estruturas polinucleares baseadas em clusters trinucleares de rutênio. Os oligômeros estudados são opções interessantes para o desenvolvimento futuro de dispositivos supramoleculares, em função de suas propriedades fotofísicas e eletroquímicas. Um trímero e uma série de dímeros mistos foram obtidos pela combinação do cluster [Ru3O(CH3COO)6(py)2(CH3OH)]+ com complexos [Ru(bpy)2(P)(L)]+ (P = ligante de ponte N-heterocíclico; L = P, Cl ou CN). A caracterização por RMN, voltametria cíclica e espectroeletroquímica dos dímeros onde L = Cl foi utilizada como base na interpretação dos resultados obtidos para os demais complexos; os dados refletem uma interação fraca entre os fragmentos, que depende das características eletrônicas da ponte P. Nos dímeros onde L = CN, ocorre a supressão da emissão do cromóforo [Ru(bpy)2] pelo cluster através de um mecanismo de transferência de elétrons fotoinduzida. Para o cluster na forma reduzida, sugere-se também a ocorrência de transferência de energia. Na segunda parte da Tese, são apresentados sistemas policlusters contendo seis e dez unidades ligadas em ponte. As novas supermoléculas apresentam uma série de processos redox multieletrônicos e, neste caso, a comunicação eletrônica entre os centros metálicos é mais pronunciada, sendo dependente do estado de oxidação dos clusters. / The aim of the work reported is to develop polynuclear structures based on trinuclear ruthenium clusters. All the oligomers are seen as interesting options to the future development of supramolecular devices, due to their photophysical and electrochemical properties. A series of mixed dimers and one trimer were obtained by the combination of the [Ru3O(CH3COO)6(py)2(CH3OH)]+ cluster with [Ru(bpy)2(P)(L)]+ complexes (P = N-heterocyclic bridging ligand; L = P, Cl or CN). The NMR, cyclic voltammetry and spectroelectrochemical characterization of the dimers where L = Cl were used as a base to interpret the results collected for the other complexes; the data reflect a weak interaction between the units, depending on the electronic characteristics of the bridging ligand P. In the dimers where L = CN, occurs the quenching of the [Ru(bpy)2] emission by the cluster through a photoinduced electron transfer mechanism. For the cluster in its reduced form, it is suggested that an energy transfer process also occurs. On the second part of the Thesis, polycluster systems containing six and ten bridged cluster units are reported. The novel supermolecules present a series of multielectronic redox processes and, in this case, electronic communication among the metallic centers is more pronounced, depending on the clusters oxidation state.

A síntese e a caracterização de uma série de porfirinas polinucleares, por meio de análise elementar, espectroscopia eletrônica e Raman ressonante, voltametria cíclica e espectroeletroquímica, são apresentadas nesta tese. Estas supermoléculas foram obtidas pela coordenação de quatro grupos Ru(edta)- ou Ru(bipY)2Cl+ aos resíduos piridínicos das meso-tetra(piridil)porfirinas base-livre e metaladas. As propriedades eletrocatalíticas, fotoquímicas e fotofísicas foram estudadas, dando especial atenção às propriedades supramoleculares resultantes da interação entre as porfirinas e os complexos de rutênio periféricos. Também, foi explorada a capacidade singular desses complexos de formar filmes. Estes materiais são excelentes condutores iônicos e eletrônicos, e se comportam como fotocondutores moleculares, possibilitando a conversão de energia luminosa em elétrica. A possibilidade de utilizar estes filmes na confecção de dispositivos, tais como retificadores, amplificadores e transístores, assim como, células fotoelétricas e fotoeletroquímicas, abre novas perspectivas na área da fotoeletrônica molecular. / The synthesis and characterization of a series of polynuclear porphyrins by elementary analysis, electronic and resonance Raman spectroscopy, cyclic voltanunetry and spectroelectrochemistry, are presented. Those supermolecules were obtained by attaching Ru( edta)- or Ru(bipY)2Cl+ groups to the four pyridine residues of the free-base or the metallated meso-tetra(pyridil)porphyrins. Their electrocatalytical, photochemical and photophysical properties were studied. Special attention were paid to the supramolecular properties resulting from the interaction of the porphyrin and the peripheral ruthenium complexes. The unusual ability of these complexes to form stable films was also explored. These materials are excellent ionic and electronic conductors and act as molecular photoconductors, converting light into electricity. The films can be used for the design of electronic devices such as rectifiers, amplifiers and transistors, as well as, of photoelectric and photoelectrochemical cells.

Os complexos de rutênio há algumas décadas são estudados visando à aplicação em medicina, catálise e fotoquímica. Particularmente, com interesse voltado para a área médica, novos compostos têm sido desenvolvidos para substituir a cis-platina no tratamento do câncer, uma vez que este medicamento atua numa gama restrita de tipos de tumores e apresenta efeitos colaterais. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi obter compostos polinucleares que possam reunir, em uma única espécie, duas ou três unidades de rutênio biologicamente relevantes. Compostos já conhecidos pela potencialidade antitumoral própria - cis-[RuCl2(dmso)4] e [Ru2Cl(AcO)4] - foram escolhidos como unidades de construção. Os compostos 4,4´-bipiridina e a 4-cianopiridina foram utilizadas como ligantes de ponte para unir estas unidades. Duas rotas diferentes para a obtenção dos compostos polimetalados foram propostas, sendo a escolha dependente do ligante-ponte utilizado. Três complexos precursores foram preparados modificando-se procedimentos já descritos, e novos compostos - um monômero e quatro polimetalados -foram sintetizados. Todos os complexos obtidos foram caracterizados por meio de medidas de análise elementar (CHN), espectroscopia eletrônica (UV-VIS-NIR) de soluções e de sólidos, espectroscopia vibracional (IV), e análise termogravimétrica (TGA). A técnica de 1H RMN e medidas de susceptibilidade magnética também foram utilizadas em alguns casos. / Ruthenium complexes have been studied for some decades for use in Medicine, catalysis and photochemistry. Regarding applications in the medical field, new compounds have been developed to substitute cisplatin in cancer treatment, since it has side effects and works on a restricted range of tumours. The objective of this research was to obtain polinuclear compounds that could combine, in one single structure, two or three known biologically active ruthenium units. Compounds known to exhibit antitumoral activity - cis-[RuCl2(dmso)4] and [Ru2Cl(AcO)4] - were chosen as building blocks. The 4,4´-bipyridine and 4-cianpyridine compounds were used as bridging ligands to connect these units. Two different synthetic routes were designed to obtain the polinuclear compounds being the choice dependent of the bridging ligand. Three precursors were prepared by modified - were synthesized. All obtained compounds were characterised by elemental analysis (CHN), electronic spectroscopy (UV-VIS-NIR) in solutions and solid state, vibrational spectroscopy (IR), and thermogravimetric analysis (TGA). The 1H NMR technique and magnetic susceptibility measurements were also used in some cases.

Neste trabalho são descritas as propriedades morfológicas, condutoras, fotoeletroquímicas e eletrocatalíticas de filmes de porfirinas supramoleculares, contendo complexos de rutênio polipiridina e clusters trinucleares de rutênio. Foram empregadas técnicas de microscopia de varredura por sonda, voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica, espectroeletroquímica UV-vis, voltametria de disco rotatório e experimentos combinados de eletroquímica/fotoeletroquímica. Cálculos semi-empíricos foram utilizados em alguns casos para dar maior suporte às interpretações. O método de preparação dos filmes tem efeito drástico sobre o tipo de empacotamento do material. Conseqüentemente, as propriedades condutoras e fotoeletroquímicas também são afetadas. Por exemplo, o coeficiente de difusão eletrônica (DeCm2) pode variar até 104 vezes dependendo do tipo de empacotamento de uma mesma porfirina utilizada. Os processos de condução desses filmes são controlados por um mecanismo redox envolvendo os sítios de rutênio e são mediados por orbitais &#906;* dos anéis porfirínicos e polipiridínicos. A intensidade de fotocorrente em função do &#955; incidente depende do mecanismo de transporte de elétrons e pode ser modulada pela natureza e grau de acoplamento eletrônico entre os anéis porfirínicos dentro do filme. Esses filmes exibem propriedades eletrocatalíticas na oxidação de substratos de interesse ambiental, da indústria alimentícia e do setor médico, tais como nitrito, sulfito e ácido ascórbico. As eficiências desses materiais são altas, com kf > 104 mol-1dm3s-1. Em catalisadores redox foi verificada uma tendência exponencial entre a constante cinética de transferência eletrônica heterogênea e potencial de E1/2 do centro redox no filme, como previsto pela equação de Marcus. A cobalto porfirina contendo quatro clusters trinucleares de rutênio se comporta como um eficiente catalisador molecular da redução do O2 por 4 elétrons, em pH < 5. O mecanismo de redução não envolve a bis-coordenação do O2 a dois sítios metálicos. Nesse caso, efeitos eletrônicos dos complexos periféricos devem ativar o centro da metaloporfirina, promovendo a transferência multieletrônica e prevenindo a formação de espécies reativas, como OH· e O2-. Uma célula de FIA foi construída visando a análise quantitativa de sulfito, exibindo alta eficiência em termos de limite de detecção, freqüência de análises e reprodutibilidade. O sistema FIA foi adaptado e empregado juntamente com o filme de uma porfirina supramolecular para reproduzir as funções básicas de um portal lógico, exibindo comportamento singular, podendo desempenhar as três funções (AND, OR e NOT) num único sistema químico integrado. / A full characterization of the morphologic, conduction, photoelectrochemical and electrocatalytic properties of supramolecular porphyrin films containing ruthenium polypyridyl or ruthenium clusters, is described. Techniques, such as scanning probe microscopy, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, UV-vis spectroelectrochemistry, rotating disk electrode voltammetry, and combined electrochemical/photoelectrochemical experiments were employed. Semi-empirical calculations were utilized in order to obtain more information on the interpretations. The preparation method of film deposition has a special effect on the material packing. Consequently, the conduction and photoelectrochemical properties are also affected. For example, the electronic diffusion coefficient (DeCm2) differs by up to 104 times depending on the packing characteristics of the same porphyrin material. The conduction process is limited by a redox mechanism involving the ruthenium centers and is mediated by &#960;* orbitals of the porphyrin or polypyridine species. The photocurrent intensity as a function of the incident &#955; depends on the electron transport mechanism involved and this can be tuned by the nature and the degree of electronic coupling between the porphyrin rings, in the film. This kind of films also exhibits electrocatalytic activities for the oxidation of substrates with interests in the environmental, food and medical areas, such as nitrite, sulfite, and ascorbic acid. The efficiency of these materials are also high, with kf > 104 mol-1dm3s-1. An exponential relationship of the heterogeneous electron transfer kinetic constant with the E1/2 of the redox center was found, as predicted by the Marcus equation. The cobalt porphyrin containing four ruthenium clusters behaves as an efficient catalyst for the 4-electron reduction of O2, at pH <5. The mechanism does not involve the bis-coordination of O2 to two metallic centers, but electronic effects from the ruthenium clusters should be activating the metalloporphyrin center, promoting the multi-electronic transfer and preventing the formation of reactive species, such as OH· e O2-. A FIA cell was built in order to provide a quantitative analysis of sulfite, and it exhibited high sampling frequency, reproducibility, as confirmed by the low detection limit (0.1 &#181;mol.dm-3). The FIA system was adapted and employed with a supramolecular porphyrin film as logic gates and they exhibited a unique behavior, operating the three basic functions (AND, OR and NOT) in a single integrated chemical system.

Uma série de compostos de transferência de carga baseado em derivados de anilina (grupo doador) e N-alquilpiridínio (grupo receptor) foi preparada e ligada à periferia do anel porfirínico, gerando uma nova série de porfirinas supermoleculares, que foram caracterizadas por espectroscopia eletrônica, voltametria cíclica, espectroeletroquímica, fluorescência e fotólise relâmpago. Os compostos foram preparados no laboratório do Prof. Silviu Balaban, no Instituto de Nanotecnologia do Forschungszentrum Karlsruhe, visando o estudo da interação entre a porfirina e aqueles compostos de transferência de carga, particularmente o efeito da estrutura molecular sobre as as propriedades fotoquímicas. As porfirinas foram projetadas tendo como modelo o sistema antena de algumas bactérias verdes fotossintéticas, visando obter fotossensibilizadores mais eficientes acoplando processos de transferência de energia (efeito antena) para o sítio porfirínico ativo, aumentando a eficiência de absorção/conversão na região do visível, melhorando assim o aproveitamento da energia solar. De fato, os sensibilizadores porfirínicos supermoleculares que foram objeto de estudo desta tese, apresentaram apenas um eficiente mecanismo de transferência de energia intramolecular para o grupo porfirínico; e as ligações amida ou éster utilizadas para ligar os grupos parecem não influenciar significativamente a eficiência do efeito antena. Os estudos de fluorescência e de fotólise relâmpago indicaram que os estados excitados singlete e triplete de menor energia estão localizados na porfirina, e que não há competição significativa de processos paralelos de supressão do estado excitado, por exemplo pelo mecanismo redox, apesar dos potenciais serem termodinamicamente favoráveis. Porém, pode haver transferência de carga do grupo derivado de anilina para a porfirina oxidada após a injeção de elétrons fotoinduzida para o filme de TiO2 nanocristalino, melhorando o processo de separação de cargas. Em suma, os materiais porfirínicos apresentam características adequadas e potencialidade para uso como fotossensibilizadores em dispositivos fotoeletroquímicos e fotovoltáicos. / A series of charge-transfer compounds constituted by anilline and Nalkylpyridynium derivatives as donor and acceptor groups was prepared and bond to the meso-position of a porphyrin to get a new series of supermolecular porphyrins, that were characterized by UV-Vis and fluorescence spectroscopy, cyclic voltammetry, spectroelectrochemistry and flash-photolysis. The series of compounds were synthesized in the Prof. Silviu Balaban Lab, at the Forschungszentrum Karlsruhe Institute of Nanotechnology aiming the study of the properties coming out of the interaction of porphyrins and donor-acceptor charge-transfer complexes, particularly the influence of the molecular structure on the photophysical properties. The supermolecular porphyrins were designed using the antenna system of photosynthetic green bacteria as model, in order to obtain more efficient photosensitizers by enhancing the light harvesting efficiency of porphyrins incorporating the energy-transfer effect. In fact, the charge-transfer complexes bound to the porphyrin ring were shown to interact exclusively through energy-transfer, and the amide or esther used to bridge those components didnt influence significantly the efficiency of that process. The lowest excited state was found to be localized on the porphyrin ring in the singlet and triplet excited state, by fluorescence and flashphotolysis studies. More interestingly, the results indicated that there is no competition of parallel deactivation mechanisms, such as redox mechanism, even though the potentials are thermodynamically favorable. However, charge-transfer from the donor anilline derivatives to the oxidized porphyrin site can take place immediately after photoinduced injection of an electron to nanocrystalline TiO2, improving the charge-separation process. In conclusion, the supermolecular porphyrins exhibited suitable properties as photosensitizers in photoelectrochemical and photovoltaic devices.

Nesta tese foram perseguidos novos avanços no campo das tetrapiridilporfirazinas supramoleculares polimetaladas, visando explorar a maior capacidade de conjugação eletrônica esperada para essa classe de compostos, e seus reflexos nas propriedades eletrônicas e eletroquímicas. Foram apresentadas novas rotas sintéticas para obtenção de tetra(3,4-piridil)porfirazinas centrometaladas coordenadas a complexos polipiridínicos de rutênio, MTRPyPz (M = Cu, Co). As propriedades espectroscópicas e eletroquímicas foram investigadas com o auxílio de técnicas de espectroscopia UV-Vis, Raman ressonante, voltametria cíclica, espectroeletroquímica e espectrometria de massas. Foram desenvolvidas aplicações em dispositivos amperométricos para determinação eletrocatalítica de substratos importantes nas indústrias, como nitrito, sulfito e ácido ascórbico. Os estudos também abrangeram a formação de compósitos das porfirazinas tetrarrutenadas com fullereno. Os nanomateriais híbridos apresentaram uma alta eficiência nos processos eletrocatalíticos com menor sobrepotencial no eletrodo, abrindo perspectivas interessantes de utilização em dispositivos moleculares / Research in supramolecular polymetallic tetrapyridylporphyrazines has been pursued in this Thesis, aiming the exploitation of the favorable electronic delocalization associated with conjugated aromatic rings, and its influence on the electronic and electrochemical properties. New synthetic routes have been developed for the preparation of tetra(3,4-pyridyl)porphyrazines containing Cu(II) and Co(II) ions in the center, and four chlorobis(2,2´bipyridine)ruthenium(II) complexes attached to the peripheral pyridyl groups. Their spectroscopic and electrochemical behaviors were investigated by means of UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, cyclic voltammetry, spectroelectrochemistry and mass spectrometry. Applications in amperometric devices for determination of nitrite, sulfite and ascorbic acid were successfully developed. The thesis also focused on nanocomposites generated from the polymetallic porphyrazines and fullerene (C60). Such hybrid nanomaterials exhibited enhanced electrocatalytic activity associates with a significant decrease of overpotential, opening exciting perspectives of use in molecular devices