[ES] La presente tesis doctoral titulada "Detección óptica de especies químicas de importancia ambiental y biológica utilizando sensores moleculares y materiales híbridos" se centra en el diseño, preparación, caracterización y evaluación de sensores químicos moleculares. El trabajo realizado se puede dividir en dos partes: (i) síntesis de sensores de cationes metálicos en disolución y (ii) síntesis y caracterización de nanopartículas híbridas orgánico-inorgánicas para el reconocimiento de especies químicas y biológicas. En el primer capítulo se introduce el marco en el que se engloban los fundamentos teóricos de la química supramolecular en que se basan los estudios prácticos realizados durante la presente tesis doctoral. A continuación, en el capítulo dos, se presentan los objetivos generales de la tesis. En el tercer capítulo se presenta un quimiodosímetro cromo-fluorogénico, capaz de detectar selectivamente cationes trivalentes entre cationes y aniones monovalentes y divalentes mediante una reacción de deshidratación en agua. En el cuarto capítulo se presenta una unidad (BODIPY) conectada electrónicamente con un macrociclo dithia-dioxa-aza. Las soluciones de acetonitrilo y agua-acetonitrilo 95: 5 v / v de la sonda mostraron una banda ICT en la zona visible y son casi no emisivas. Cuando se utilizó acetonitrilo como disolvente, la adición de Hg (II) y cationes metálicos trivalentes indujo un cambio hipsocrómico de la banda de absorción y mejoras moderadas de la emisión. Se obtuvo una respuesta altamente selectiva al utilizar medios competitivos como agua-acetonitrilo 95:5 v/v. En este caso, sólo el Hg (II) indujo un cambio hipsocrómico de la banda de absorción y una mejora marcada de la emisión. El quinto capítulo explora el desarrollo de sensores para berberina y amantadina. Dos moléculas de interés biológico por su uso como fármacos. Se han preparado tres sistemas de sensores basados en la aproximación de puertas moleculares. En concreto, sobre nanopartículas MCM-41 cargadas con rodamina B como unidad de señalización, se ha llevado a cabo la funcionalización con diversas aminas y el bloqueo de poros con cucurbituril CB7. Las aminas utilizadas son ii ciclohexilamina, bencilamina y amantadina. Los materiales obtenidos se han caracterizado por técnicas de difracción de rayos X y microscopía electrónica de transmisión confirmando la estructura mesoporosa de las nanopartículas. Los materiales preparados muestran una respuesta a la berberina y la adamantina, quitando el tapón y liberando el tinte fluorescente al medio. La respuesta de los materiales a las dos sustancias de interés (berberina y amantadina) depende de la estructura química de cada uno de los materiales en función de las constantes de afinidad entre el analito y CB7. Los resultados obtenidos abren el camino al uso de puertas moleculares como sensores de berberina y amantadina. / [CA] La present tesi doctoral titulada "Detecció òptica d'espècies químiques d'importància ambiental i biològica utilitzant sensors moleculars i materials híbrids" se centra en el disseny, preparació, caracterització i avaluació de sensors químics moleculars. El treball realitzat es pot dividir en dues parts: (i) síntesi de sensors de cations metàl·lics en dissolució i (ii) síntesi i caracterització de nanopartícules híbrides orgànic-inorgànics per al reconeixement d'espècies químiques i biològiques. En el primer capítol s'introdueix el marc en el qual s'engloben els fonaments teòrics de la química supramolecular en què es basen els estudis pràctics realitzats durant la present tesi doctoral. A continuació, en el capítol dos, es presenten els objectius generals de la tesi. En el tercer capítol es presenta un quimiodosímetro crom-fluorogénic, capaç de detectar selectivament cations trivalents entre cations i anions monovalents i divalents mitjançant una reacció de deshidratació en aigua. En el quart capítol es presenta una unitat (BODIPY) connectada electrònicament amb un macrocicle dithia-dioxa-aza. Les solucions de acetonitril i aigua-acetonitril 95:5 v/v de la sonda van mostrar una banda ICT a la zona visible i són gairebé no emisivas. Quan es va utilitzar acetonitril com a dissolvent, l'addició de Hg (II) i cations metàl·lics trivalents va induir un canvi hipsocròmic de la banda d'absorció i millores moderades de l'emissió. Es va obtenir una resposta altament selectiva a l'utilitzar mitjans competitius com aigua-acetonitril 95:5 v/v. En aquest cas, només el Hg (II) va induir un canvi hipsocròmic de la banda d'absorció i una millora marcada de l'emissió. El cinquè capítol explora el desenvolupament de sensors per berberina i amantadina. Dues molècules d'interès biològic pel seu ús com a fàrmacs. S'han preparat tres sistemes de sensors basats en l'aproximació de portes moleculars. En concret, sobre nanopartícules MCM-41 carregades amb rodamina B com a unitat de senyalització, s'ha dut a terme la funcionalització amb diverses amines i el bloqueig de porus amb cucurbituril CB7. Les amines utilitzades són ciclohexilamina, bencilamina i amantadina. Els materials obtinguts s'han caracteritzat per tècniques iv de difracció de raigs X i microscòpia electrònica de transmissió confirmant l'estructura mesoporosa de les nanopartícules. Els materials preparats mostren una resposta a la berberina i la adamantina, llevant el tap i alliberant el tint fluorescent a l'mig. La resposta dels materials a les dues substàncies d'interès (berberina i amantadina) depèn de l'estructura química de cada un dels materials en funció de les constants d'afinitat entre l'anàlit i CB7. Els resultats obtinguts obren el camí a l'ús de portes moleculars com a sensors de berberina i amantadina. / [EN] The present doctoral thesis entitled "Optical detection of chemical species of environmental and biological importance using molecular sensors and hybrid materials" focuses on the design, preparation, characterization and evaluation of molecular chemical sensors. The work carried out can be divided into two parts: (i) synthesis of metal cation sensors in solution and (ii) synthesis and characterization of hybrid organic-inorganic nanoparticles for the recognition of chemical and biological species. The first chapter introduces the framework that encompasses the theoretical foundations of supramolecular chemistry on which the practical studies carried out during this doctoral thesis are based. Next, in chapter two, the general objectives of the thesis are presented. In the third chapter, a chromium-fluorogenic chemodosimeter is presented, capable of selectively detecting trivalent cations by means of a dehydration reaction in water. The fourth chapter presents a new compound containing a BODIPY unit electronically connected with a dithia-dioxa-aza macrocycle. Acetonitrile and water-acetonitrile 95:5 v/v solutions of the probe showed an ICT band in the visible zone and were nearly non-emissive. When acetonitrile was used as a solvent, addition of Hg(II) and trivalent metal cations induced an hypsochromic shift of the absorption band and moderate emission enhancements. A highly selective response was obtained when using competitive media such as water- acetonitrile 95:5 v/v. In this case only Hg(II) induced a hypsochromic shift of the absorption band and a marked emission enhancement. The fifth chapter explores the development of sensors for berberine and amantadine; two molecules of biological interest due to their use as drugs. Three sensing systems based on a "molecular gate" approximation have been prepared. Specifically, MCM-41 nanoparticles were loaded with Rhodamine B as a signalling unit, functionalized with various amines and capped with cucurbituril CB7. The amines used are cyclohexylamine, benzylamine and amantadine., The materials obtained were characterized by X-ray diffraction techniques and transmission vi electron microscopy, confirming the mesoporous structure of the nanoparticles. The prepared materials showed a response to berberine and adamantine, which induced release of the fluorescent dye to the medium. The response of the materials to the two substances of interest (berberine and amantadine) depends on the chemical structure of the capping ensemble and it is a function of the affinity constants between the analyte and CB7. The results obtained open the way to the use of gated materials as berberine and amantadine probes. / We thank the Spanish Government (MAT2015-64139-C4-1-R) and Generalitat Valenciana (PROMETEOII/2014/047). M. L. P. thanks Generalitat Valenciana for her Grisolia fellowship. Thanks are also due to Fundação para a Ciência e Tecnologia (Portugal) for financial support to the Portuguese NMR network (PTNMR, Bruker Avance III 400-Univ. Minho), FCT and FEDER (European Fund for Regional Development)-COMPETEQREN- EU for financial support to the research centre CQ/UM [PEst-C/ QUI/UI0686/2013 (FCOMP-01-0124-FEDER-037302)], and a post- doctoral grant to R. M. F. Batista (SFRH/BPD/79333/2011). / Lo Presti, M. (2021). Optical detection of chemical species of environmental and biological relevance using molecular sensors and hybrid materials [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172664

L’any 2002 tres grups de recerca, entre ells el nostre grup, van demostrar teòricament que la interacció entre anions i anells aromàtics electrodeficients, anomenada interacció anió–, era favorable. Des de llavors s’ha dut a terme un intens estudi de la seva naturalesa física fins la total comprensió. Aquesta tesi es basa amb l’estudi de la interacció anió– des de tres punts de vista. Primerament, la investigació es basa en el disseny teòric de motius estructurals per donar lloc a un receptor on la interacció anió– siga molt favorable, per posteriorment avaluar la força de la interacció experimentalment en dissolució. A continuació, es va analitzar la interrelació entre un gran nombre de combinacions d’interaccions no covalents. A partir d’aquest estudi es defineixen nous conceptes i es proposen diferents formules per calcular efectes de cooperativitat. Finalment, hem anat un pas més enllà en l’estudi de la interacció analitzant: 1) l’impacte de la interacció anió– a sistemes biològics; 2) la influència de modificacions a l’anió sobre la naturalesa física de la interacció. / In 2002 three research groups, among them our research group, theoretically demonstrated that the interaction between anions and electron-deficient aromatic rings, named anion– interaction, was favourable. Since then, an intense study of its physical nature has been performed to understand it completely. This thesis is based on the study of the anion– interaction from three points of view. Firstly, theoretical design of binding units to build a receptor and to obtain the most favourable binding based on anion– interactions. The binding properties of these receptors have been experimentally assessed in solution. Secondly, we have studied the interplay between a great combination of noncovalent interactions. From this study, new concepts and formula to calculate cooperativity effects have been described. Finally, we have study one step further the anion– interaction analysing: 1) the impact of anion– interaction in biological systems; 2) how the modifications in the anion influence the physical nature of the interaction.

Esta tese tem como objetivo contribuir para o conhecimento e desenvolvimento das células solares sensibilizadas por corantes, através da elaboração de novas espécies supramoleculares e de estudos fundamentais de caracterização do filme de TiO2-P25 e da interface TiO2-Corante pela técnica de microscopia Raman confocal. Os estudos de microcopia Raman confocal da distribuição das fases cristalinas rutilo e anatase em filmes de TiO2-P25 (Degussa) mostraram que a fase rutilo está presente em agregados de diferentes tamanhos (de 250 nm a 3 µm) distribuídos na fase anatase e que estes agregados permaneceram mesmo após os processos de preparação da suspensão coloidal. Na presença do corante N3, verificou-se que a irradiação com laser em 532 nm, usando potência acima de 25 mW cm-2, provoca a absorção e posterior combustão do filme interfacial, com drásticas mudanças na morfologia visualizadas por microscopia Raman confocal, revelando a ocorrência da transformação de anatase em rutilo na região de incidência do feixe de laser. Outro ponto investigado nesta tese, foi a síntese e aplicação de novos sensibilizadores supramoleculares em células solares sensibilizadas por corante (DSC), visando diminuir os processos de recombinação e melhor aproveitamento do espectro solar através da estabilização do corante foto-oxidado e da transferência vetorial de elétron/energia. Além dos trabalhos com novas porfirinas supramoleculares, reproduzidas no apêndice, esta tese apresenta um estudo detalhado de uma série, formada por três espécies diméricas, constituídas pelas unidades [Ru(dcbH2)Cl]+ e [Ru(dmb)2Cl]+, unidas por ligantes ponte com dimensões lineares crescentes, isto é: bpy, bpe e bpeb (dcbH2= ácido-2,2\'-bipiridina-4,4\'-dicarboxílico, dmb= 4,4\'-dimetil-2,2\'- bipiridina, bpy= 4,4\'-bipiridina, bpe= trans-1,2-bis(4-piridil)-etileno e bpeb= trans-1,4- bis[2-(piridil)etenil]-benzeno). O rendimento global das DSCs correspondentes cresceram com o aumento do tamanho da ponte, passando de 2,78 % para o corante dim-Ru-bpy, para 2,89 e 3,25 % nos corantes dim-Ru-bpe e dim-Rbpeb, respectivamente. Foi observado que os valores de Jsc e η têm correlação linear com a distância de separação do buraco e da superfície do eletrodo de TiO2, ratificando que o processo de retardação da recombinação de carga, causado pelo aumento da ponte, é um fator muito importante para esta classe de compostos. Os resultados de IPCE mostraram que a unidade [Ru(dmb)2Cl(P)]+ também é responsável pela fotoinjeção de elétrons no TiO2. Assim, a excitação de qualquer uma das unidades, sempre acaba formando a espécie TiO2(e-)-Ru-Ru(h+) no filme interfacial. Os resultados confirmam as expectativas esperadas no planejamento energético vetorial, no qual o HOMO foi centrado na unidade distante da superfície e o LUMO ficou sobre a dcbH2 diretamente ancorada no superfície do TiO2. / This thesis encompasses our efforts to improve the knowledge and contribute to the development of dye-sensitized solar cells, by focusing on supramolecular design of new dyes and on critical aspects of the morphology of the TiO2-P25 and TiO2-Dye interfaces, as probed by confocal Raman microscopy. According to Raman imaging of the crystalline phase distribution of TiO2-P25 (Degussa) rutile was present as aggregates of different sizes (from 250 nm to 3 µm) dispersed in the 25 nm anatase powder, persisting even after applying criterious procedures for generating uniform colloidal suspensions. In addition, the irradiation of TiO2-P25 films containing adsorbed N3 dye, using a 532 nm laser (power over to 25 mW cm-2) led to the absorption and instantaneous combustion of the dye, promoting drastic local changes associated with the anatase to rutile conversion. The design and application of new supramolecular sensitizers in DSC has also been pursued, aiming an improvement of efficiency by slowing down the electron-hole recombination process, while enhancing the light harvesting effects in the visible range by means of vectorial electron/energy transfer. Studies concerning another efficient supramolecular porphyrin dye, have also been performed and published (Appendix). As the main subject, a series of dimeric species have been reported. They were based on the [Ru(dcbH2)Cl]+ and [Ru(dmb)2Cl]+ units connected by linear bridging ligands of increasing lengths, such as: bpy, bpe and bpeb (dcbH2= 2,2\'-bipyridine-4,4\'-dicarboxylic acid, dmb= 4,4\'-dimethyl-2,2\'-bipyridine, bpy= 4,4\'-bipyridine, bpe= trans-1,2-bis(4- pyridyl)-ethylene e bpeb= trans-1,4-bis[2-(4-pyridyl)ethenyl]-benzene). The overall yield of the corresponding DSCs increased with the bridging ligand length, from 2.78 % for dim-Ru-bpy, to 2.89 % and 3.25 % for dim-Ru-bpe and dim-Ru-bpeb, respectively. The electrochemical parameters associated with the short circuit current exhibited a linear correlation with the hole separation distance between the TiO2 electrode and the binuclear dye terminal, confirming that the retardation of charge recombination through the increasing distance is indeed a relevant factor for this series of compounds. The IPCE results indicated that the [Ru(dmb)2Cl(P)]+ unit is also involved in electron transfer, such that the dye excitation always leads the TiO2(e-)-Ru-Ru(h+) species. This conclusion confirmed the success of the supramolecular design and vectorial transfer strategy, in which the HOMO center was placed far away from the surface, but in communication with the LUMO center located at the dcbH2 group anchored on TiO2.

Esta tese tem como objetivo contribuir para o conhecimento e desenvolvimento das células solares sensibilizadas por corantes, através da elaboração de novas espécies supramoleculares e de estudos fundamentais de caracterização do filme de TiO2-P25 e da interface TiO2-Corante pela técnica de microscopia Raman confocal. Os estudos de microcopia Raman confocal da distribuição das fases cristalinas rutilo e anatase em filmes de TiO2-P25 (Degussa) mostraram que a fase rutilo está presente em agregados de diferentes tamanhos (de 250 nm a 3 µm) distribuídos na fase anatase e que estes agregados permaneceram mesmo após os processos de preparação da suspensão coloidal. Na presença do corante N3, verificou-se que a irradiação com laser em 532 nm, usando potência acima de 25 mW cm-2, provoca a absorção e posterior combustão do filme interfacial, com drásticas mudanças na morfologia visualizadas por microscopia Raman confocal, revelando a ocorrência da transformação de anatase em rutilo na região de incidência do feixe de laser. Outro ponto investigado nesta tese, foi a síntese e aplicação de novos sensibilizadores supramoleculares em células solares sensibilizadas por corante (DSC), visando diminuir os processos de recombinação e melhor aproveitamento do espectro solar através da estabilização do corante foto-oxidado e da transferência vetorial de elétron/energia. Além dos trabalhos com novas porfirinas supramoleculares, reproduzidas no apêndice, esta tese apresenta um estudo detalhado de uma série, formada por três espécies diméricas, constituídas pelas unidades [Ru(dcbH2)Cl]+ e [Ru(dmb)2Cl]+, unidas por ligantes ponte com dimensões lineares crescentes, isto é: bpy, bpe e bpeb (dcbH2= ácido-2,2\'-bipiridina-4,4\'-dicarboxílico, dmb= 4,4\'-dimetil-2,2\'- bipiridina, bpy= 4,4\'-bipiridina, bpe= trans-1,2-bis(4-piridil)-etileno e bpeb= trans-1,4- bis[2-(piridil)etenil]-benzeno). O rendimento global das DSCs correspondentes cresceram com o aumento do tamanho da ponte, passando de 2,78 % para o corante dim-Ru-bpy, para 2,89 e 3,25 % nos corantes dim-Ru-bpe e dim-Rbpeb, respectivamente. Foi observado que os valores de Jsc e η têm correlação linear com a distância de separação do buraco e da superfície do eletrodo de TiO2, ratificando que o processo de retardação da recombinação de carga, causado pelo aumento da ponte, é um fator muito importante para esta classe de compostos. Os resultados de IPCE mostraram que a unidade [Ru(dmb)2Cl(P)]+ também é responsável pela fotoinjeção de elétrons no TiO2. Assim, a excitação de qualquer uma das unidades, sempre acaba formando a espécie TiO2(e-)-Ru-Ru(h+) no filme interfacial. Os resultados confirmam as expectativas esperadas no planejamento energético vetorial, no qual o HOMO foi centrado na unidade distante da superfície e o LUMO ficou sobre a dcbH2 diretamente ancorada no superfície do TiO2. / This thesis encompasses our efforts to improve the knowledge and contribute to the development of dye-sensitized solar cells, by focusing on supramolecular design of new dyes and on critical aspects of the morphology of the TiO2-P25 and TiO2-Dye interfaces, as probed by confocal Raman microscopy. According to Raman imaging of the crystalline phase distribution of TiO2-P25 (Degussa) rutile was present as aggregates of different sizes (from 250 nm to 3 µm) dispersed in the 25 nm anatase powder, persisting even after applying criterious procedures for generating uniform colloidal suspensions. In addition, the irradiation of TiO2-P25 films containing adsorbed N3 dye, using a 532 nm laser (power over to 25 mW cm-2) led to the absorption and instantaneous combustion of the dye, promoting drastic local changes associated with the anatase to rutile conversion. The design and application of new supramolecular sensitizers in DSC has also been pursued, aiming an improvement of efficiency by slowing down the electron-hole recombination process, while enhancing the light harvesting effects in the visible range by means of vectorial electron/energy transfer. Studies concerning another efficient supramolecular porphyrin dye, have also been performed and published (Appendix). As the main subject, a series of dimeric species have been reported. They were based on the [Ru(dcbH2)Cl]+ and [Ru(dmb)2Cl]+ units connected by linear bridging ligands of increasing lengths, such as: bpy, bpe and bpeb (dcbH2= 2,2\'-bipyridine-4,4\'-dicarboxylic acid, dmb= 4,4\'-dimethyl-2,2\'-bipyridine, bpy= 4,4\'-bipyridine, bpe= trans-1,2-bis(4- pyridyl)-ethylene e bpeb= trans-1,4-bis[2-(4-pyridyl)ethenyl]-benzene). The overall yield of the corresponding DSCs increased with the bridging ligand length, from 2.78 % for dim-Ru-bpy, to 2.89 % and 3.25 % for dim-Ru-bpe and dim-Ru-bpeb, respectively. The electrochemical parameters associated with the short circuit current exhibited a linear correlation with the hole separation distance between the TiO2 electrode and the binuclear dye terminal, confirming that the retardation of charge recombination through the increasing distance is indeed a relevant factor for this series of compounds. The IPCE results indicated that the [Ru(dmb)2Cl(P)]+ unit is also involved in electron transfer, such that the dye excitation always leads the TiO2(e-)-Ru-Ru(h+) species. This conclusion confirmed the success of the supramolecular design and vectorial transfer strategy, in which the HOMO center was placed far away from the surface, but in communication with the LUMO center located at the dcbH2 group anchored on TiO2.

Neste trabalho, descreve-se a síntese, caracterização e propriedades dos complexos derivados da tetra(3,4-piridil)porfirazina com os grupos [Ru(bipy)2Cl]1+. A conjugação eletrônica entre o resíduo piridínico e o anel da porfirazina promovem uma eficiente comunicação entre os grupos periféricos e o central, que é refletido no espectro de emissão e seu correspondente perfil de excitação. Esse tipo de comportamento revela um efeito antena no sistema H2TPyPzTRu, contrastante com as propriedades fotofisicas das porfirinas análogas TPyPRu, onde os grupos piridínicos exibem baixa interação eletrônica ao anel porfirínico. Apesar do forte acoplamento eletrônico entre os grupos perféricos e o central, as propriedades eletrônicas dos complexos de rutênio foram preservadas, exibindo potenciais redox muito próximos dos complexos livres e comportamento espectroeletroquímico típicos de complexos metálicos N-heterocíclicos. Esses aspectos levam a novas perspectivas relacionadas à estrutura dos compostos, pois são potencialmente interessantes para o estudo referente à formação de oxigênio singlete e para PDT. Outro direcionamento desta tese, foi o de explorar a geração de novas interfaces baseadas na formação de pares iônicos constituídos pelas espécies H2TPyPzTRu/CuTSPc em comparação com o filme da espécie catiônica H2TPyPzTRu. Através de medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica, foram constatados mecanismos distintos de condução nos filmes formados, que pode ser ou um mecanismo misto envolvendo os complexos periféricos e o anel central da porfirazina, ou um mecanismo de condução eletrônica envolvendo somente o sistema de empilhamento π do anel central da porfirazina. / In this work, we describe the synthesis, characterization and properties of derived tetra(3,4-pyridil)porphyrazine complex containing four [Ru(bipy)2Cl]1+ groups. The electronic conjugation between the pyridinium moiety and the porphyrazine ring promote an efficient communication between the peripherical groups and central ring, which is reflected in the emission spectrum and related excitation profile. The observed behavior reveals an efficient antenna effect in the H2TPyPzTRu system. ln spite of the strong electronic coupling between the central and peripherical groups, the electronic properties of ruthenium complex were preserved, exhibiting redox potencials very close to those of free complexes. These aspects provided new perspectives of exploiting the compound strutures, particularly the oxygen singlet formation and PDT application. Another aspect focused in this investigation was the generation of new interfaces based on ion-pair formation of H2TPyPzTRu/CuTSPc, in comparison with its cationic species H2TPyPzTRu alone. By means of electrochemical impedance spectrocopy, it was shown that the conduction mecanisms in these films involve either the peripherical complex and the central porphyrazine ring.

Neste trabalho, descreve-se a síntese, caracterização e propriedades dos complexos derivados da tetra(3,4-piridil)porfirazina com os grupos [Ru(bipy)2Cl]1+. A conjugação eletrônica entre o resíduo piridínico e o anel da porfirazina promovem uma eficiente comunicação entre os grupos periféricos e o central, que é refletido no espectro de emissão e seu correspondente perfil de excitação. Esse tipo de comportamento revela um efeito antena no sistema H2TPyPzTRu, contrastante com as propriedades fotofisicas das porfirinas análogas TPyPRu, onde os grupos piridínicos exibem baixa interação eletrônica ao anel porfirínico. Apesar do forte acoplamento eletrônico entre os grupos perféricos e o central, as propriedades eletrônicas dos complexos de rutênio foram preservadas, exibindo potenciais redox muito próximos dos complexos livres e comportamento espectroeletroquímico típicos de complexos metálicos N-heterocíclicos. Esses aspectos levam a novas perspectivas relacionadas à estrutura dos compostos, pois são potencialmente interessantes para o estudo referente à formação de oxigênio singlete e para PDT. Outro direcionamento desta tese, foi o de explorar a geração de novas interfaces baseadas na formação de pares iônicos constituídos pelas espécies H2TPyPzTRu/CuTSPc em comparação com o filme da espécie catiônica H2TPyPzTRu. Através de medidas de espectroscopia de impedância eletroquímica, foram constatados mecanismos distintos de condução nos filmes formados, que pode ser ou um mecanismo misto envolvendo os complexos periféricos e o anel central da porfirazina, ou um mecanismo de condução eletrônica envolvendo somente o sistema de empilhamento π do anel central da porfirazina. / In this work, we describe the synthesis, characterization and properties of derived tetra(3,4-pyridil)porphyrazine complex containing four [Ru(bipy)2Cl]1+ groups. The electronic conjugation between the pyridinium moiety and the porphyrazine ring promote an efficient communication between the peripherical groups and central ring, which is reflected in the emission spectrum and related excitation profile. The observed behavior reveals an efficient antenna effect in the H2TPyPzTRu system. ln spite of the strong electronic coupling between the central and peripherical groups, the electronic properties of ruthenium complex were preserved, exhibiting redox potencials very close to those of free complexes. These aspects provided new perspectives of exploiting the compound strutures, particularly the oxygen singlet formation and PDT application. Another aspect focused in this investigation was the generation of new interfaces based on ion-pair formation of H2TPyPzTRu/CuTSPc, in comparison with its cationic species H2TPyPzTRu alone. By means of electrochemical impedance spectrocopy, it was shown that the conduction mecanisms in these films involve either the peripherical complex and the central porphyrazine ring.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Triazenes are a class of compounds characterized by the presence of a diazoamino functional group (N=N N) showing remarkable ability to support the stereochemical requisites of a wide variety of metal transition complexes. They act as versatile ligands in coordination chemistry when deprotonated and have relevant biological and synthetic porperties. This work presents the synthesis and investigation of molecular and crystal structure of a new series of monotriazenes [3-(4-phenyldiazenyl)-1-(2-fluorophenyl)triazene (2b); 1-(2-chlorophenyl)-3-(4-phenyldiazenyl)triazeno (2c), 1-(2-bromophenyl)-3-(4-phenyldiazenyl)triazene (2d); 3-(4-phenyldiazenyl)-1-(2-iodophenyl) triazene (2e); 1,3-bis-(3-methoxy-4-methylbenzoate)triazene (2g)] and substituted 1,4-bis (phenyltriazenyl)butanes, C6H5N(H)=N-N(CH2)4-N=NN(H)C6H5, [1,4-bis(4-ethyl-benzoato triazenyl) butane (5a), 1,4-bis(2-fluorophenyltriazenyl)butane (5b), 1,4-bis(2-clorophenyltriazenyl)butane (5c), 1,4-bis(2-bromophenyltriazenyl)butane (5d), 1,4-bis(2-iodophenyltriazenyl)butane (5e), 1,4-bis(4-amidophenyltriazenyll)butane (5f)]. The insertion of groups on phenyl rings attached to the triazene chains makes the environment significantly more interesting coordination providing the supramolecular array through noncovalent intermolecular interactions and self-organizatinal units of primary molecule. The metal ions used for complexation are salts of Ni2+, Cu2+ and Pd2+ and they were chosen due to the attracting biological relevance, magnetic properties, catalytic yielding. Nine metal complexes unpublished were synthesized [trans-[PdII(C6H5NNC6H4NNNC6H4Cl)2(C5H5N)2] (3c) [(PdII (R1R2C6H3NNNC6H3R1R2)(PPh3)2Cl) DMSO] [R1 = 4-C(O)OCH3, R2 = 3-OCH3] (3g) [CuII (RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = C2H5C(O)O (6a), R = F (6b), R = NH2C(O) (6f)], [NiII (RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = F (7b) R = Cl (7c) R = Br (7d) R = NH2C(O) (7f)]. The synthesis and characterization of these compounds is justified by the exploration of the reactivity, the coordinative behavior and by the understanding of the interactions between different ligands and metal centers. The structural analysis of the synthesized compounds by X-ray diffraction on single crystal in the solid state were performed for characterization of interactions in the crystal. Thus, a thorough understanding of the relationship between the crystal structure and supramolecular organization is analyzed. Besides the structural analysis of compounds, elemental analysis CHN, infrared, nuclear magnetic resonance and ultraviolet-visible spectroscopies and mass spectrometry were also carried out for characterization. The physical chemical properties were investigated through thermogravimetric analysis and magnetic susceptibility. / Triazenos são importantes membros da família de compostos nitrogenados de cadeia aberta, caracterizados por conter o grupo funcional [N═N─N] e apresentam diferentes propriedades de coordenação a metais de transição. São compostos fracamente ácidos e quando desprotonados atuam como ótimos ligantes na química de coordenação apresentando grande importância sintética e biológica. Nessa tese, foi inicialmente desenvolvida a síntese de uma série inédita de compostos triazenos monocatenados [3-(4-fenildiazenil)-1-(2-fluorofenil)triazeno (2b); 1-(2-clorofenil)-3-(4-fenildiazenil)triazeno (2c); 1-(2-bromofenil)-3-(4-fenildiazenil)triazeno (2d); 3-(4-fenildiazenil)-1-(2-iodofenil)triazeno (2e); 1,3-bis(3-metoxi-4-metilbenzoato)triazeno (2g)] e de compostos triazenos biscatenados derivados do 1,4-bis(feniltriazenido)butano, C6H5N(H)N=N-(CH2)4-N=N-N(H)C6H5, [1,4-bis(etil-4-benzoatotriazenil) butano (5a); 1,4-bis(2-fluorofeniltriazenido)butano (5b); 1,4-bis(2-clorofeniltriazenido)butano (5c); 1,4-bis(2-bromofeniltriazenido)butano (5d); 1,4-bis(2-iodofeniltriazenido)butano (5e); 1,4-bis(4-amidofeniltriazenido)butano (5f)]. A inserção de grupamentos substituintes nos anéis fenila na cadeia triazenídica tornam o ambiente de coordenação significativamente mais interessante, propiciando o aumento da ocorrência de interações intermoleculares não covalentes e impondo a auto-organização de unidades moleculares primárias no estado sólido. Os metais escolhidos para complexação foram sais de Ni2+, Cu2+ e Pd2+ em virtude de atraírem atenção como objeto de estudos relacionados com medicina, propriedades magnéticas e catálise obtendo-se como resultados deste trabalho nove complexos metálicos inéditos [trans-[PdII(C6H5NNC6H4NNNC6H4Cl)2(C5H5N)2] (3c); [(PdII(R1R2C6H3NNNC6H3R1R2)(PPh3)2Cl)·DMSO] [R1 = 4-C(O)OCH3, R2 = 3-OCH3] (3g); [CuII(RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = C2H5C(O)O (6a); R = F (6b); R = NH2C(O) (6f)] ; [NiII(RC6H5NNN(CH2)4NNNC6H5R)]2 [R = F (7b); R = Cl (7c); R = Br (7d); R = NH2C(O) (7f)]. A síntese, e a caracterização desses novos compostos estão relacionadas à exploração da reatividade, ao comportamento coordenativo e a compreensão das interações entre os diferentes centros metálicos e os ligantes. Efetuou-se um estudo estrutural no estado sólido para a caracterização das interações presentes nas estruturas cristalinas dos compostos sintetizados e a ferramenta utilizada foi à difração de raios X em monocristal. Dessa forma aprofundou-se a compreensão da relação entre a estrutura cristalina e sua organização supramolecular. Além do método de difração de raios X de monocristal os compostos foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, espectroscopia de ressonância magnética nuclear, 1H e 13C, espectroscopia ultravioleta e visível, espectrometria de massas e análise elementar CHN. As propriedades físico-químicas foram investigadas através de análise termogravimétrica e susceptibilidade magnética.