No presente trabalho foram realizados estudos para verificar a estabilização de derivados porfirínicos, através de sua incorporação em lipossomos fosfolipídicos ou sintéticos, para possível aplicação em terapia fotodinâmica. A terapia fotodinâmica ocorre através da interação de luz de comprimento de onda adequado com um fotosensitizador (porfirina) e oxigênio, o que pode gerar espécies reativas capazes de induzir a inviabilização de células. Foi avaliada a incorporação da benzoporfirina (BPD) e da meso-tetrafenilporfirina (TPP), em lipossomos aniônicos de asolecitina (ASO) e em vesículas catiônicas sintéticas de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB). Os efeitos de concentração da droga e dos lipídios, na estabilização das porfirinas também foram observados. A solubilização e a estabilidade da BPD e da TPP nas bicamadas lipossomais foram comparadas com sua solubilização e estabilidade nos seus respectivos solventes, o dimetilsulfóxido (DMSO) e a dimetilformamida. (DMF), respectivamente. Os estudos demonstraram uma boa solubilização da BPD, e ótima solubilização da TPP, incorporadas em soluções aquosas de vesículas catiônicas sintéticas de DODAB e nos lipossomos aniônicos de ASO, em toda a faixa de concentrações estudadas. Foram ainda verificados possíveis danos aos próprios lipossomos de ASO, através da formação de derivados carbonílicos (método TBARS e método da formação de hidrazonas), em vários tempos de irradiação. Resultados após tratamento fotoquímico foram comparados a resultados análogos, após tratamento térmico. Também foi verificado se os compostos estudados são capazes de gerar oxigênio singleto, que podem danificar membranas, visando possível aplicação oftalmológica dessas porfirinas. Os resultados obtidos mostraram que predominantemente a ação da TPP e da BPD deve ocorrer pelo mecanismo de formação de oxigênio singleto (mecanismo II). O mecanismo tipo I parece não ser ativo, já que os danos oxidativos observados através de radicais livres foram muito semelhantes tanto com tratamento fotoquímico, como térmico. / In this work, it was carried out studies in order to evaluate the estabilization of porphyrinics species by encapsulating them in liposomes or synthetics for application in photodynamic therapy (PDT). In PDT a monochromatic light at a suitable wavelenght interacts with photosensitizer (porphyrin) and oxygen yelding reactives species which induce cells killing. It was evaluated benzoporphyrin (BPD) and tetraphenilporphyrin (TPP) incorporation in the liposomes anionics of asolecithin (ASO) and vesicles cationics synthetics of dioctadecyldimethylammonium (DODAB). It was also noticed the drug and lipids concentration effects in the porphyrins estabilization. BPD and TPP their solubilization and estabilization in the in the liposomal bilayers were compared with the results obtained in their best solvents dimethylsulfoxide (DMSO) and dimethylformamide (DMF). TPP was better soluble than BPD when they were encapsulated in DODAB and ASO in all concentration range that was studied. It was characterized possible damages in the ASO by formation carbonyl groups (method TBARS and method to form hydrazones), when the samples irradiated in differents timeintervals. The results reached after photochemical treatment were compared to similar results found after thermal treatment. It was also evaluated if the studied compounds are able to generate singlet oxygen that can cause damages to the menbranes pursueing the possible application in ophthalmology. The results suggest that the TPP and BPD act mainly by singlet oxygen producting (mechanism type II). The type I mechanism seems not to be active, because the oxidative damages caused for free radicals were very similar by photochemical treatment or thermical treatment.

Um dos temas modernos em fotoquímica em soluções aquosas é a observação de prototropismo de estados eletrônicos excitados. Resumidamente, moléculas orgânicas contendo grupamentos ácido-base quando excitadas, e cujo tempo de vida do estado excitado seja longo o suficiente, reações competitivas de transferência de prótons com as do processo de relaxação poderão ocorrer. No caso de aumento de acidez os compostos são denominados fotoácidos e no contrário fotobases. Este fenômeno é atribuído a um estado isoeletrônico da molécula no estado fundamental tendo sido descritos variações de até sete unidades de pKa. Do ponto de vista da investigação Físico-Química o estudo da circunvizinhança, na qual as espécies excitadas percorrem uma superfície de potencial seja na direção da reassociação seja na da ionização com posterior solvatação das mesmas, fornece uma importante ferramenta de análise de propriedades de micro ambiente. Esta possibilidade advém das excelentes propriedades espectrais dos grupos cromofóricos desta classe de compostos o que facilita o monitoramento das espécies transientes adicionado ao estágio técnico atual de medidas ultra-rápidas. Neste estudo enfocamos o estudo de derivados de quinolina (fotobase), contendo grupos passíveis de reação de polimerização. Os derivados 3-alil-2-metilquinolin-4-ol (HIQ) e 3-alil-4-cloro-2-metilquinolina (CLQ) foram preparados e as propriedades fotoprototrópicas determinadas. O primeiro monômero comporta-se como fotobase ou fotoácido dependendo do pH do meio que este se encontra e o CLQ como fotobase. Na seqüência tentamos obter polímeros do HIQ e CLQ, porém não se obteve um resultado positivo devido a dificuldade da polimerização de grupos alil inclusive por via eletroquímica. Em seqüência prosseguimos à determinação das propriedades fotoquímicas e fotofísicas de derivados de di-naftalimidas, devido às inúmeras aplicações destes compostos em novos materiais. Propriedades destas ftalimidas são em geral devidas à conjugação dos elétrons do grupo imida aos do anel naftalênico. Esta conjugação confere uma alto grau de planaridade aos derivados, de forma que a solvatação é dificultada. Observa-se via de regra espectros tanto de absorção como de emissão de fluorescência com alta resolução vibrônica seja nas transições S0-S1 ou S0-S2. Os efeitos espectroscópicos esperados de solventes devem ser função das cadeias laterais nos grupos imidas. Neste contexto foram preparados vários derivados para uso como sondas. Foram estudados sete compostos: N,N\'-n-butil-1,4,5,8-di-naftalimida (BUNDI); N,N\'-(2-cloro-etileno)-1,4,5,8-di-naftalimida (CLNDI); N,N\'-(2-bromo-etileno)-1,4,5,8-di-naftalimida (BRNDI); N,N\'-2-hidroxietileno-1,4,5,8-di-naftalimida (OHNDI); N,N\'-(N,N\'-dimetiletilenodiamina)-1,4,5,8-di-naftalimida (DMNDI); N,N\'-amino-1,4,5,8-di-naftalimida(DANDI) e N,N\'-1,4,5,8-di-naftalimida (NDI). Os derivados aqui estudados responderam de forma excelente às expectativas levando seja à formação de dímeros e agregados seja a alterações nas intensidades e relações das bandas vibrônicas (excitação e emissão) das transições S0-S1. Demonstra-se aqui a excelente qualidade destes compostos como repórteres do próprio estado de suas moléculas como do meio circunvizinho. / Excited state proto transfer reactions in aqueous media is among current themes in photochemistry research. Shortly, organic molecules having acid or basic groups and presenting excited state lifetimes long enough, competitive prototropic reactions can occur. This phenomenon is attributed to an isoelectronic state of the ground state molecule and up to seven units of pKa changes have been described. From the Physical Chemistry investigation viewpoint the study of the neighborhood where the excited species have a potential surface to describe either for the re association reaction or for the ionization followed by solvation, presents an important tool for the analysis of the microenvironment. This feature arises from the optimal spectral properties of the chromophoric groups of this class of compounds, which facilitates monitoring transient species as well by the current technology standards. In this work focused a photobase derivative from quinoline having a suitable polymerizable group. The 3-allyl-2-methylquinolin-4-ol (HIQ) and the 3-allyl-4-chloro-2-methylquinoline (CLQ) were synthesized and their photoprotrtopic behavior determined. The first compound shows both photoacid and photobase character as a function of the solution pH whereas CLQ is a photobase. Following attempts to obtain polymers were unsuccessful either using electrochemical routes. Given the several applications of di-naphthalimides as new materials, photochemical and photophysical of some derivatives were determined. The properties of these phthalimides arise from the conjugation of the imide electrons with vicinal naphthalic ring. This conjugation confers a high planarity degree and hindering the chromophore solvation. Accordingly high vibronic resolution is observed in both excitation and emission spectra either in the S0-S1 or S0-S2 transitions. Expected solvent spectroscopic effects are thus due to the radical N-imide groups. In this subject several di-imides derivatives were prepared for the use as medium probes. Seven compounds were investigated: N,N\'-n-butyl-1,4,5,8-di-naphthalimide (BUNDI; N,N\'-(2-chloroethylene)-1,4,5,8-di-naphthalimide (CLNDI); N,N\'-(2-bromoethylene) )-1,4,5,8-di-naphthalimide (BRNDI), N,N\'-2-hydroxiethylene-1,4,5,8-di-naphthalimide (OHNDI); N,N\'-(N,N\'-dimethylethylenodiamine)-1,4,5,8-di-naphthtalimide (DMNDI); N,N\'-amine-1,4,5,8-di-naphthalimide (DANDI) and N,N\'-1,4,5,8-di-naphthalimide (NDI). The derivatives studied fully satisfied the expectations leading to either a dimer and aggregate formation or to changes in the intensities or in the vibronic bands intensities relationships (excitation and emission) of the S0-S1 transitions. Here it is shown the excellent quality of these molecules as self and microenvironment probes.

Um dos temas modernos em fotoquímica em soluções aquosas é a observação de prototropismo de estados eletrônicos excitados. Resumidamente, moléculas orgânicas contendo grupamentos ácido-base quando excitadas, e cujo tempo de vida do estado excitado seja longo o suficiente, reações competitivas de transferência de prótons com as do processo de relaxação poderão ocorrer. No caso de aumento de acidez os compostos são denominados fotoácidos e no contrário fotobases. Este fenômeno é atribuído a um estado isoeletrônico da molécula no estado fundamental tendo sido descritos variações de até sete unidades de pKa. Do ponto de vista da investigação Físico-Química o estudo da circunvizinhança, na qual as espécies excitadas percorrem uma superfície de potencial seja na direção da reassociação seja na da ionização com posterior solvatação das mesmas, fornece uma importante ferramenta de análise de propriedades de micro ambiente. Esta possibilidade advém das excelentes propriedades espectrais dos grupos cromofóricos desta classe de compostos o que facilita o monitoramento das espécies transientes adicionado ao estágio técnico atual de medidas ultra-rápidas. Neste estudo enfocamos o estudo de derivados de quinolina (fotobase), contendo grupos passíveis de reação de polimerização. Os derivados 3-alil-2-metilquinolin-4-ol (HIQ) e 3-alil-4-cloro-2-metilquinolina (CLQ) foram preparados e as propriedades fotoprototrópicas determinadas. O primeiro monômero comporta-se como fotobase ou fotoácido dependendo do pH do meio que este se encontra e o CLQ como fotobase. Na seqüência tentamos obter polímeros do HIQ e CLQ, porém não se obteve um resultado positivo devido a dificuldade da polimerização de grupos alil inclusive por via eletroquímica. Em seqüência prosseguimos à determinação das propriedades fotoquímicas e fotofísicas de derivados de di-naftalimidas, devido às inúmeras aplicações destes compostos em novos materiais. Propriedades destas ftalimidas são em geral devidas à conjugação dos elétrons do grupo imida aos do anel naftalênico. Esta conjugação confere uma alto grau de planaridade aos derivados, de forma que a solvatação é dificultada. Observa-se via de regra espectros tanto de absorção como de emissão de fluorescência com alta resolução vibrônica seja nas transições S0-S1 ou S0-S2. Os efeitos espectroscópicos esperados de solventes devem ser função das cadeias laterais nos grupos imidas. Neste contexto foram preparados vários derivados para uso como sondas. Foram estudados sete compostos: N,N\'-n-butil-1,4,5,8-di-naftalimida (BUNDI); N,N\'-(2-cloro-etileno)-1,4,5,8-di-naftalimida (CLNDI); N,N\'-(2-bromo-etileno)-1,4,5,8-di-naftalimida (BRNDI); N,N\'-2-hidroxietileno-1,4,5,8-di-naftalimida (OHNDI); N,N\'-(N,N\'-dimetiletilenodiamina)-1,4,5,8-di-naftalimida (DMNDI); N,N\'-amino-1,4,5,8-di-naftalimida(DANDI) e N,N\'-1,4,5,8-di-naftalimida (NDI). Os derivados aqui estudados responderam de forma excelente às expectativas levando seja à formação de dímeros e agregados seja a alterações nas intensidades e relações das bandas vibrônicas (excitação e emissão) das transições S0-S1. Demonstra-se aqui a excelente qualidade destes compostos como repórteres do próprio estado de suas moléculas como do meio circunvizinho. / Excited state proto transfer reactions in aqueous media is among current themes in photochemistry research. Shortly, organic molecules having acid or basic groups and presenting excited state lifetimes long enough, competitive prototropic reactions can occur. This phenomenon is attributed to an isoelectronic state of the ground state molecule and up to seven units of pKa changes have been described. From the Physical Chemistry investigation viewpoint the study of the neighborhood where the excited species have a potential surface to describe either for the re association reaction or for the ionization followed by solvation, presents an important tool for the analysis of the microenvironment. This feature arises from the optimal spectral properties of the chromophoric groups of this class of compounds, which facilitates monitoring transient species as well by the current technology standards. In this work focused a photobase derivative from quinoline having a suitable polymerizable group. The 3-allyl-2-methylquinolin-4-ol (HIQ) and the 3-allyl-4-chloro-2-methylquinoline (CLQ) were synthesized and their photoprotrtopic behavior determined. The first compound shows both photoacid and photobase character as a function of the solution pH whereas CLQ is a photobase. Following attempts to obtain polymers were unsuccessful either using electrochemical routes. Given the several applications of di-naphthalimides as new materials, photochemical and photophysical of some derivatives were determined. The properties of these phthalimides arise from the conjugation of the imide electrons with vicinal naphthalic ring. This conjugation confers a high planarity degree and hindering the chromophore solvation. Accordingly high vibronic resolution is observed in both excitation and emission spectra either in the S0-S1 or S0-S2 transitions. Expected solvent spectroscopic effects are thus due to the radical N-imide groups. In this subject several di-imides derivatives were prepared for the use as medium probes. Seven compounds were investigated: N,N\'-n-butyl-1,4,5,8-di-naphthalimide (BUNDI; N,N\'-(2-chloroethylene)-1,4,5,8-di-naphthalimide (CLNDI); N,N\'-(2-bromoethylene) )-1,4,5,8-di-naphthalimide (BRNDI), N,N\'-2-hydroxiethylene-1,4,5,8-di-naphthalimide (OHNDI); N,N\'-(N,N\'-dimethylethylenodiamine)-1,4,5,8-di-naphthtalimide (DMNDI); N,N\'-amine-1,4,5,8-di-naphthalimide (DANDI) and N,N\'-1,4,5,8-di-naphthalimide (NDI). The derivatives studied fully satisfied the expectations leading to either a dimer and aggregate formation or to changes in the intensities or in the vibronic bands intensities relationships (excitation and emission) of the S0-S1 transitions. Here it is shown the excellent quality of these molecules as self and microenvironment probes.

La ciclorreversión (CR) oxidativa ó reductiva de oxetanos por transferencia electrónica fotoinducida (TEF), no ha sido estudiada en profundidad, a pesar de que este proceso ha despertado un gran interés en la última década en relación con la exploración de nuevas rutas sintéticas y con la reparación fotoquímica del ADN. Respecto a la via fotooxidativa, teniendo en cuenta los cálculos teóricos y los datos experimentales ya publicados sobre su naturaleza se ha considerado interesante realizar un estudio experimental que aporte nuevos conocimientos acerca del mecanismo de reacción. En este contexto, se ha elegido como sustrato modelo el trans,trans-2-ciclopropil-3-fenil-4-metiloxetano (1) que ha permitido aclarar aspectos mecanísticos de la CR oxidativa de oxetanos. La escisión de 1 por ruptura inicial del enlace C2-C3 da lugar a los compuestos utilizados en la fotocicloadición de Patero-Büchi para la síntesis de 1. Por el contrario, la formación de un fotoproducto nuevo debido a la captura nucleofílica intermolecular del intermedio resultante de la fragmentación al enlace O-C2 por acetonitrilo está de acuerdo con un mecanismo por pasos. Respecto a la via fotorreductiva, se ha estudiado la CR del sustrato modelo trans,trans-2-(4-cianofenil)-3-fenil-4-metiloxetano (4) usando el 1-metoxinaftaleno como fotosensibilizador. Los datos experimentales son consistentes con que la reacción tiene lugar desde el estado singlete del sensibilizador. La fragmentación del anión radical de 4 ocurre por ruptura de los enlaces O-C2 y C3-C4 dando lugar a productos (acetaldehído y 4-cianoestilbeno) diferentes a los usados para la síntesis de 4 por medio de la fotociloadición de Paterno-Büchi. El proceso transcurre a través del anión radical del trans-4-cianoestilbeno, que se ha detectado mediante FDL (?max = 500 nm). Además, se ha estudiado la CR reductiva intramolecular utilizando como sustratos el (2S)-2-(6-metoxinaft-2-il)propanoato de (2R,3S,4S)-[2-(4-cianofenil)-3-feniloxetano-4-il / Pérez Ruiz, R. (2006). Ciclorreversión de iones radicales de oxetanos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1925 / Palancia

Desde el comienzo de su modernización a finales del siglo XVIII, la Química se ha desarrollado continua y rápidamente a través de la teoría atómico-molecular; sin embargo, esta química del enlace covalente ha sido explotada hasta sus límites conceptuales, de forma que incluso el mejor químico sintético de hoy día no puede fabricar sistemas moleculares complicados usando sólo el repertorio de herramientas disponibles para crear enlaces covalentes. Puesto que el siguiente paso al aumentar el nivel de complejidad hacia los sistemas polimoleculares organizados presentes en los sistemas vivos se encuentra unido a las interacciones no covalentes, es el momento de que los químicos miren más allá de la síntesis clásica hacia la Química Supramolecular, una rama relativamente joven de la ciencia que se preocupa del estudio de las características básicas de estas interacciones no covalentes. En los últimos 25 años, una enorme parte de la investigación química se ha detenido en el campo de los dispositivos moleculares fotoactivos, observando que los resultados que pueden ser obtenidos de la interacción de la luz con la materia dependen del grado de organización de la misma; en este sentido, las entidades supramoleculares que contienen este tipo de componentes pueden desarrollar propiedades nuevas moduladas por la disposición de sus unidades constitutivas, dando lugar a procesos fotoquímicos distintivos de estas especies. A través de esta ruta es posible disponer componentes moleculares prefabricados que lleven a cabo una determinada propiedad relacionada con la luz, siendo posible diseñar sistemas organizados y funcionalmente integrados capaces de elaborar la señal proporcionada por los fotones para desarrollar funciones complejas. / Montes Navajas, PM. (2009). Sistemas supramoleculares basados en la encapsulación en cucurbit(n)uriles [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6281 / Palancia

Como consecuencia de los problemas derivados de la escasez de agua, se está despertando un gran interés en el desarrollo de nuevas técnicas para la depuración de aguas. Una de estas novedosas técnicas es la fotocatálisis que puede emplear la radiación solar como fuente de energía. Con intención de ampliar las posibilidades en la aplicación de la fotocatálisis se va ha estudiar la posibilidad de emplear sensibilizadores orgánicos como fotocatalizadores: el catión 2,4,6-trifeniltiopirilio y el amarillo de acridina G. Ambos fotocatalizadores han conseguido importantes porcentajes de degradación (entre 60 y 80 %) de contaminantes fenólicos modelo como los ácidos ferúlico y cafeico logrando incluso mejores resultados que el dióxido de titanio. Se han escalado estas reacciones a planta piloto empleando la radiación solar directa demostrando la efectividad de estos procesos a escala pre-industrial. Además, los estudios de toxicidad y biodegradabilidad demuestran la total detoxificación del efluente e importantes aumentos en su biodegradabilidad; del orden de entre 6 y 10 veces. Se ha descartado la participación de especies transitorias como el radical hidroxilo o el oxígeno singlete en la oxidación de los contaminantes tratados, mientras que los estudios fotofísicos han demostrado la desactivación de los estados excitados singlete y triplete de los fotocatalizadores a estudio. Conocidos los rendimientos cuánticos de cada estado se han calculado las constantes de desactivación que están en todos los casos limitadas por la difusión en el disolvente. La termodinámica desde cada uno de los estados excitados ha demostrado que el proceso de transferencia electrónica es favorable. Se ha comprobado que la oxidación de los compuestos se lleva a cabo mediante un proceso de transferencia electrónica mayoritariamente desde los estados excitados triplete de los fotocatalizadores. / Santos-Juanes Jordá, L. (2008). Compuestos orgánicos como fotocatalizadores solares para la eliminación de contaminantes en medios acuosos: aplicaciones y estudios fotofísicos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2642 / Palancia

Sintetizou-se uma nova diimida naftálica difosfônica, a N, N-bis(2-fosfonetil)naftaleno diimida (DPN), pela reação do dianidrido 1,4,5,5-naftálico com o ácido 2-aminoetil-fosfônico. Essa molécula foi caracterizada por H-RMN, micro-análise, titulação potenciométrica e análise de fosfato. Através de estudos fotofísicos e fotoquímicos do DPN em solução verificou-se que essas moléculas encontravam-se na forma monomérica em água e na forma de agregados em solventes orgânicos. Verificou-se que o rendimento quântico de fluorescência Φf dessa molécula é dependente do pH do meio, uma vez que ocorre diminuição do Φf com aumento do pH. Por estudos com fotólise de relâmpago e por experimentos de lente térmica resolvida no tempo, verificou-se que a diminuição do Φf com aumento do pH. Por estudos com fotólise de relâmpago e por experimentos de lente térmica resolvida no tempo, verificou-se que a diminuição Φf é causada principalmente por um aumento no cruzamento intersistema, de singleto a tripleto. Multicamadas à base de zircônio (Mallouk et al. 1987) do DPN foram obtidas substratos como vidro, silício e ouro. O crescimento de filmes em vidro foi acompanhado por espectroscopia de absorção e em filmes sobre o silício por elipsometria. Sobre a superfície de ouro, foram estudadas as propriedades de oxido-redução do filme por voltametria cíclica. Por estudos fotofisicos desses filmes depositados em vidro, verificou-se que os mesmos eram fotoativos, formando produtos fotoquímicos por processos radicalares. Por outro lado, quando se preparou micro-cristais, pricipitando-se o radical do DPN com o zircônio em solução, observou-se por espectroscopia de ressonância de spin eletrônico (EPR) que estas estruturas micro-cristalinas estabilizavam o radical do DPN em presença de ar por vários dias. / The new diimide N, N\' -bis-(2-phosphoethyl)-1,4,5,8-naphtalenediimide (DPN) was synthesized by reaction of 2-aminoethylphosphonic acid with the compound 1,4,5,8-naphatalene tetracarboxylic dianhydride. This molecule was characterized by 1H-RMN, elemental analysis, potentiometric titration and phosphorus analysis. By photophysical and photochemical studies of DPN in solution, it was verified that DPN is in monomeric form in aqueous solution and DPN is in an aggregated state in organic solvents. When the fluorescence spectra in aqueous media show a sharp decrease in the fluorescence quantum yield (Φf) with the increase in pH. By laser flash photolysis and thermal lensing, it was verified that this reduction of Φf with the increase pH can be attributed to an increment in the intersystem crossing processes when the pH increased. The zirconium phosphonate thin films formed from 1,4,5,8-naphtalene diimides were assembled on quartz, borosilicate glass (BK7), silicon or gold. The film growth was followed by absorption spectroscopy on quartz and BK7 and by ellipsometry on silicon substrate. Toe oxidation and reduction properties of the films were studied by cyclic voltammetry of films deposited on gold. Photophysical and photochemical data revealed that the films were photosensitive, giving rise to products derived by radicalar reactions. On the other hand, when the DPN radical was precipitated with Zr4+ in solution, micro-crystals were obtained which stabilized the radical in the presence of air for several days.

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 investigadas as propriedades foto-switch de novas tríades constituídas por uma unidade central de Si(IV)-Ftalocianina e dois ligantes axiais azobenzênicos. A posição 4\' dos ligantes azobenzênicos apresenta substituintes (X) com diferentes propriedades eletrônicas e estéricas, a saber: -H; -CH3; -C(CH3)3; -OCH3; e -I. A tríade com substituinte -NO2 foi novamente investigada e incluída como tríade de maior caráter push-pull da série. Para efeito de comparação, também foram investigados hidróxiazobenzenos (HO-Azo-X) com os mesmos substituintes (X) na posição 4\' que os presentes nas tríades. Os HO-Azo-X apresentam propriedades espectroscópicas, fotoquímicas (fotoisomerização E→Z e Z→E) como também retorno térmico Z→E com características intermediárias entre a classe dos azobenzenos e dos amino-azobenzenos. Estas propriedades podem ser atribuídas à presença comum do substituinte hidróxi que apresenta um caráter doador, porém menos acentuado que a do grupo amino. Os espectros de absorção eletrônica das tríades apresentam uma banda B no UV e um conjunto de bandas Q na região visível do espectro eletromagnético. Observou-se a existência de um processo de agregação dos complexos dependente do substituinte 4\'. As tríades apresentam emissão de fluorescência quando excitadas tanto na banda B como na banda Q, com pequenos deslocamentos Stokes. Os rendimentos quânticos de fluorescência obedecem à regra de Kasha. Isto foi confirmado para os rendimentos quânticos corrigidos da banda B, os quais excluem a fração de luz absorvida pelos ligantes axiais nesta região de excitação. A excitação das tríades em THF resulta em photobleaching, que ocorre tanto na presença como na ausência de oxigênio, sendo mais efetivo neste último caso; temos que: a) na ausência de oxigênio provavelmente existe a formação de radicais acíclicos de THF que destroem a ftalocianina; b) na presença de oxigênio peróxidos estão envolvidos na degradação, tendo sido detectados e quantificados nas soluções das tríades após irradiação. Nos dois casos o estado excitado triplete é responsável pelo início do processo. Em benzeno puderam ser investigados a fotoisomerização E→Z, a isomerização fotossensibilizada Z→E, assim como a isomerização térmica (retorno térmico) Z→E. Os resultados mostram que a coordenação não altera as propriedades do estado excitado dos ligantes azobenzênicos evidenciado pela similaridade dos rendimentos quânticos e constantes de velocidade E→Z comparativamente aos HO-Azo-X. Entretanto, o retorno térmico Z→E, é muito mais lento comparativamente aos HO-Azo-X. A ligação Si-O nos complexos comparativamente a H-O nos HO-Azo-X e os momento de dipolo resultante devem ser os responsáveis por esse fenômeno. As isomerizações fotossensibilizadas Z→E são muito mais rápidas que as respectivas térmicas existindo diferenças de até 30 vezes nos valores das respectivas constantes. Todas as tríades apresentam o comportamento foto-switch de emissão que é controlado pelo estado E ou Z do ligante axial. Ao longo da série as variações de intensidade de emissão se situam entre 19 - 27% da intensidade inicial. O fato do processo Z→E nas tríades ocorrer através do processo térmico ou fotossensibilizado que é consideravelmente mais rápido faz destas tríades sistemas switches quase-biestáveis. Este controle cinético também potencializa a utilização destas tríades em sistemas de informação molecular binário. / In this work have been studied the photoswitch properties of new triads with one central Si(IV)-phthalocyanine and two axially coordinated azobenzenes. The 4\' position of the azobenzene ligands has substituents (X) presenting different electronic/steric contributions: -H; -CH3; -C(CH3)3; -OCH3; and -I. The triad with -NO2 substituent was reinvestigated and included as the triad with the major push-pull effect in the series. For comparative purposes have been investigated hydroxyazobenzenes (HO-Azo-X) with the same substituents (X) at the 4\' position of the triads. The HO-Azo-X compounds show spectroscopic, photochemical (photoisomerization E→Z and Z→E) and thermal Z→E reaction with intermediate properties that which shown by the class of azobenzene and aminoazobenzene compounds. These characteristics can be attributed to the hydroxyl-substituent present in all compounds, which has donor character, but less pronounced than the amino group. The electronic absorption spectra of the triads show a B band in the UV and a set of Q bands in the visible region of the electromagnetic spectrum. Could be noticed an aggregation behavior for these triads dependent on the 4\' substituent. The triads show fluorescence emission when excited at B or Q bands, presenting small Stokes shift. Fluorescence quantum yields are in accordance with Kasha\'s rule. Photobleaching is observed when THF solutions of the triads are irradiated. This photobleching occurs in presence or absence of oxygen, been most effective in this last case. Concerning the photobleaching process and presence/absence of oxygen: a) in absence of oxygen probably are formed THF acyclic radicals which lead to the destruction of the phthalocyanine; b) in the presence of oxygen, peroxides are involved in the degradation and peroxides were detected and quantified in THF solutions of the triads after irradiation. In both cases the excited triplet state is responsible for starting the steps that result in the observed bleaching. In benzene solutions could be investigated the E→Z photoisomerization, the Z→E photosensitized isomerization and Z→E thermal isomerization. The results show that coordination does not alter the excited state properties of the azobenzene ligands. This conclusion can be made by the similarity between the quantum yields and the E→Z rate constants values for the triads and HO-Azo-X compounds. Otherwise, the Z→E thermal isomerization is much slower for the triads comparatively to the HO-Azo-X compounds. The Si-O bound in the complexes compared to the H-O bond in the HO-Azo-X and the resulting dipole moments must be responsible for this phenomenon. The Z→E photosensitized isomerization reactions are much faster than the corresponding thermal ones existing up to 30 times differences on the respective constants. The investigated triads show photoswitch behavior concerning fluorescence emission which is controlled by the axial ligand E or Z state. The emission intensity variations along the series are found to be between 19 - 27% of the initial intensity. These triads can be classified as \"quasi\" bistable switches considering the Z→E process can be carried out by means a slow thermal or a fast photosensitized process. This kinetic control enable too the utilization of these triads in molecular binary information systems.

Esta tese explora a potencialidade da radiação roveniente de um laser de gás carbônico para iniciar a combustão-modelo de substâncias simples oxigenadas com o bjetivo de estabelecer algumas das reações elementares relevantes ao processo de combustão. Esta tese é baseada no fato de que espécies intermediárias são geradas frequentemente em estados eletrônicos excitados no pulso do laser. O decaimento destas espécies em função do tempo foi observado pelas medidas de emissão por meio de uma fotomultiplicadora acoplada a filtros de interferência de banda estreita e, registrado em um osciloscópio de 100 MHz cuja base de tempo é gatilhada pelo laser de CO2. A evolução temporal do sinal de emissão foi analisada por um modelo cinético que compreende: 1) um processo de de pseudo-primeira ordem resultante por excitação multifotônica vibracional de colisões moduladas, e 2) decaimento através de emissão espontânea, reações químicas ou supressão radiativa. A cinética resultante das curvas experimentais foi obtida por um método de ajuste de curvas por simulação em um microcomputador. Os sistemas químicos estudados nesta tese compreendem o metanol, etanol, n-propanol, n-butanol e o éter dietílico. A eficiência na formação de C2, CH e OH foi estabelecida pela medida da intensidade e o tempo de subida da quimiluminescência determinado de acordo com o procedimento mencionado acima. A análise das curvas de subida e descida foram estudadas com o precursor puro e na presença de Ar, O2, NO, H2, Cl2, CH4 e C2H6, utilizando nestes casos pressões relativamente altas para garantir um número elevado de colisões. Nos sistemas em mistura com ar ou O2 as espécies emissivas CH e OH apresentam um prolongamento do tempo de decaimento, em geral não-exponencial. Ao mesmo tempo a intensidade relativa dos sinais de quimiluminescência atinge um máximo, sendo particularmente significativa para a espécie OH a uma determinada pressão de oxigênio. Misturas de etanol com O2/Ar resultam para a espécie OH num aumento no valor da vida média radiativa, enquanto que em misturas com CO, C2H6 e propileno (C3H6) é observado uma diminuição significativa. No caso de CO este comportamento é assumido como sendo de processos de relaxação, tendo-se para os dois últimos um processo de abstração de hidrogênio por parte da espécie OH. A presença de um inibidor de reações de radicais livres, NO, tem pouco efeito nos valores das constantes das espécies estudadas. Entretanto, a emissão da espécie OH foi totalmente suprimida em misturas do precursor com Cl2. Neste caso a observação de CH3CL por cromatografia em fase gasosa sugere que reações químicas de alguns dos fragmentos primários inibem o adicional bombeamento pelo laser. Um modo particular de se interpretar o possivel mecanismo de formação das espécies transientes, foi desenvolvido através do cálculo teórico RRKM dos principais processos primários aventados para a decomposição por excitação multifotônica vibracional da molécula de etanol. O cálculo RRKM foi modelado para a eliminação de H2O, processo majoritário a pressões baixas, e diferentes processos de cisões que passam a ter importância a intensidades elevadas de laser. O cálculo teórico mostra claramente que a eliminação de H2O é o canal preferido a baixas energias de excitação, sendo rapidamente reposto pelos outros canais a valores maiores de energia. Um efeito similar é observado para a decomposição unimolecular completa em função da pressão, onde a pressões elevadas, os processos de cisão com produção de radicais livres são dominantes como conseqüência da desativação das moléculas com energia mínima antes que sofram reação química. / This thesis explores the use of a CO2 laser to initiate combustion type reactions in a number of simple oxygen containing organic compounds. This method offers a potential tool to isolate and establish some of the elementary reactions responsible for the initial steps of combustion reactions. The core of the thesis is based on the fact that transient chemical species are generated in electronically excited states by the laser pulse. The time dependent behavior of this species has been observed by measuring the emission on a fast photomultiplier provided with narrow band filtres, and recording it on a 100 MHz oscilloscope triggered by the laser pulse. The time evolution of the emission signal has been analyzed by a kinetic model which includes: 1) an ill-defined pseudo-first arder process as a consequence of collisionally modulated multiphoton vibrational excitation, and 2) decay through spontaneous emission, chemical reaction ar radiative quenching. The resulting kinetics were fitted to the experimental curves by computer simulation. The chemical systems covered in this thesis include methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol and diethyl ether. Under pulsed CO2 laser radiation, the efficiency of formation of C2, CH and OH have been established by intensity measurements and the rise time for chemiluminescence determined according to the procedure mentioned above. Emission rise times and decays were studied for the neat systems and in the presence of Ar, O2, NO, H2, CH4, and C2H6 at pressures for which collisional processes are important. Emission from the CH and OH species are sustained for longer times in the presence of air or O2 and the decay becomes distincly non-exponential. There is also a significant intensity effect which is particularly noticeable for OH which reaches a maximum at a given oxygen pressure. Mixtures af ethanol with O2/Ar result in longer lifetimes for OH whereas in mixtures with CO, C2H6 and C3H6 a significant decrease is observed. In the case af CO, this behavior is assumed ta be due to relaxation processes, while in the latter cases hydrogen abstraction by OH is presumably responsible for the decrease. The presence of the well known scavenger NO had little effect on the rate constants used to describe the emission process. On the other hand, OH emission was completely quenchend in mixtures of the precursor with Cl2. In this case, the observation of CH3Cl by gas chromatography suggests that chemical reaction of some of the primary dissociation fragments inhibits further laser pumping. An attempt to understand the possible mechanism for the formatiun of the transient species was developed through the use of an RRKM calculation of the primary dissociation processes of ethanol under multiphoton excitation. The RRKM calculations were modelled for the H2O elimination, the main process at low pressures, and different bond scission processes which may become important at higher laser intensities. The theoretical calculation clearly shows that H2O elimination is the preferred pathway at lower excitation energies but is rapidly replaced by the other channels at higher energy contents. A similar effect is observed for the complete unimolecular decomposition as a function of pressure, where at the higher pressures, the bond scission processes yielding free radicals are dominant as a consequence of the deactivation of the molecules with threshold energies before they can undergo chemical reaction.