O presente trabalho trata da síntese de sondas fluorescentes visando a detecção e quantificação de íons metálicos e ânions de toxicidade relevante para humanos e meio ambiente. Utilizamos os núcleos fluorescentes da fluoresceína, cumarina e pireno nos processos de síntese, aos quais foram estrategicamente acopladas estruturas capazes de interagir seletivamente com os analitos em questão. Devido às características distintas das sondas, dividimos o trabalho em três capítulos onde cada um abordará uma classe de núcleo fluorescente. No primeiro deles, trataremos de dois derivados de cumarina, onde um deles é capaz de identificar e quantificar o ânion fluoreto, e o outro o íon cobre (II). No segundo capítulo trataremos de dois derivados de fluoresceína homologados à estrutura de aminoácidos, que se mostraram úteis na detecção de íons trivalentes (Al3+, Ga3+, Fe3+ e Cr3+) e também Hg2+. No terceiro capítulo apresentaremos um derivado de pireno seletivo ao Hg2+ tanto em meio aquoso quanto orgânico. Nos três capítulos utilizamos da técnica de espectrofluorimetria como principal ferramenta de estudo e aplicação dos sistemas. Durante as caracterizações e investigações dos mecanismos de detecção, utilizamos de maneira integrada as técnicas de espectrofluorimetria resolvida no tempo, espectroscopia de absorção no UV-vis, RMN de 1H e 13C e espectrometria de massas. A união de técnicas espectroscópicas complementares nos permitiu a completa caracterização estrutural dos compostos sintetizados e também um maior aprofundamento das propostas dos mecanismo de detecção dos analitos. De modo geral, o trabalho aborda áreas distintas dentro da química e da física, resultando em um conjunto de interfaces científicas com bom entrelace. Serão discutidas estratégias de síntese orgânica, caracterizações fotofísicas, estudos de mecanismo de detecção e aplicação analítica para cada uma das moléculas apresentadas nesta tese. / The present work deals with the synthesis of fluorescent probes towards the detection and quantification of metal ions and anions of relevant toxicity for humans and the environment. We used as building blocks the fluorescent cores of fluorescein, coumarin and pyrene, to which were coupled structures capable to interact selectively with analytes. Due to the distinct characteristics of the probes, we split the work into three chapters where each will address a core class. In the first one, we will deal with two coumarin derivatives, where one is able to identify and quantify the fluoride anion, and other the copper (II) ion. At the second chapter, we will describe two fluorescein derivatives attached to amino acids, which proved useful in the detection of trivalent ions (Al3+, Ga3+, Fe3+ e Cr3+) and Hg2+. In the last chapter, we will introduce a derivative of pyrene selective to Hg2+ detection in both aqueous and organic solvents. In all the three chapters, the spectrofluorimetry technique was the primary tool of study and application of the systems. During the structural characterizations and mechanism investigations, we used also time resolved spectrofluorimetry, UV-Vis absorption spectroscopy, 1H and 13C NMR, and mass spectrometry. The integration of spectroscopic techniques allowed us to a complete structural characterization of the synthesized compounds and the discussion of detection mechanism proposals. In general, the work deals with different areas within the chemistry and physics, resulting in a set of interfaces with good scientific interlace. Strategies in organic synthesis, structural and photo-physics characterizations, detection mechanisms and analytical application were the objective and the achievement of the present thesis.

This work was accomplished with the interest in the synthesis of ortosubstituted ligands, with special prominence to the moiety __CF3, __Br and __NO2 and later the complexação with Hg(II). The first obtained result was the crystalline structure of the ligand (1), it crystallizes in the system crystalline monoclínico, space group Cc, with the given following crystallographic the a = 15,3122(12)Å, b = 4,8544(3)Å, c = 19,2804(15)Å, ß = 104,205(2)°, V = 1389,32(18)Å3, Z = 4, R1 = 0,0330 and wR2 = 0,0988. The molecular structure of the -ligand (1) it confirms the expected stereochemistry trans in relation to the doble bond in the diazoamine moiety. The interplanar angle [8,3(1)°] between the terminal phenyl rings indicate that the whole molecule is almost planar (r.m.s deviation = 0,0929 Å). The molecule shows intramolecular N__H...(F1,F2) bifurcated, and non-classical N__H...F hydrogen bonds. The unequal distribution of the double bond character among the N atoms of the diazoamine group, indicates a delocalization of the π electrons over the N=N__N(H) moiety towards the terminal 2-trifluormethylphenyl substituents. The subsequent results resulted in crystalline structures of compounds involving the ion Hg(II) (2), (3) and (4). The data in relation to the crystalline structures are gathered in the sequence, respectively: (2) it crystallizes in the system crystalline monoclinic, space group: C2/c, the a = 23,0736(5)Å, b = 107,82604(2)Å, c = 14,7387(3)Å, ß = 99,6590(10)°, V = 2623,70(10)Å3, Z = 4, R1 = 0,0232 and wR2 = 0,1187; (3) it crystallizes in the system crystalline monoclinic, space group C2/c, the a = 20,8663(6) Å, b = 9,9525(4) Å, c = 15,6013(5) Å, ß = 118,007(2)°, V = 2860,52(17) Å3, Z = 4, R1 = 0,0666 and wR2 = 0,1435 and the last obtained result is regarding the compound (4) it crystallizes in the system crystalline monoclinic, space group C2/C, The a = 22,5163(3) Å, b = 8,2234 (1)Å, c = 15,1037 (2) Å, β = 111,282(1), V = 2605,9(11), Z = 4, R1 = 0,078 e wR2 = 0,232. The compounds above mentioned present a behavior similar plenty crystallographic, because they are gathered in the same crystalline system and they are part of the same space group, however a particularity of each compond is detached in what refers to the electronic effects of the groups linked substituintes to the rings terminal phenila, that so much presents angles different interplanares as well as strong effect estérico in relation to Hg(II) shielding it of other ligands. / Este trabalho foi realizado com o interesse na síntese de pré-ligantes ortosubstituídos, com especial destaque aos grupamentos __CF3, __Br e __NO2 e posteriormente a complexação com Hg(II). O primeiro resultado obtido foi a estrutura cristalina do pré-ligante (1), cristaliza no sistema cristalino monoclínico, grupo espacial Cc, com os seguintes dados cristalográficos a = 15,3122(12)Å, b = 4,8544(3)Å, c = 19,2804(15)Å, β = 104,205(2)°, V = 1389,32(18)Å3 , Z = 4, R1 = 0,0330 e wR2 = 0,0988. A estrutura molecular do pré-ligante (1) confirma a esperada estereoquímica trans em relação à dupla ligação. O ângulo interplanar de 8,3(1)° entre os anéis de arilas terminais indica que a molécula é quase planar (r.m.s = 0,0929 Å). A molécula apresenta ligação de hidrogênio intramolecular N__H... (F1,F2) bifurcadas e ligações de hidrogênio não-clássicas N__H...F. A distribuição desigual do caráter da dupla ligação entre os átomos de N do grupo diazoamínico, indica a deslocalização dos elétrons π na cadeia N=N__N(H) em direção aos substituintes terminais 2-trifluormetilfenil. Os resultados posteriores demonstraram as estruturas cristalinas de complexos (2), (3) e (4) envolvendo o íon Hg(II). Os dados em relação às estruturas cristalinas estão reunidos na seqüência, respectivamente (2) cristaliza no sistema cristalino monoclínico, grupo espacial C2/c, a = 23,0736(5)Å, b = 7,82604(2)Å, c = 14,7387(3)Å, β = 99,6590(10)°, V = 2623,70(10)Å3 , Z = 4, R1 = 0,0232 e wR2 = 0,1187; (3) cristaliza no sistema cristalino monoclínico, grupo espacial C2/c, a = 20,8663(6) Å, b = 89,9525(4) Å, c = 15,6013(5) Å, β = 118,007(2)°, V = 2860,52(17) Å3, Z = 4, R1 = 0,0666 e wR2 = 0,1435 e o último resultado obtido é referente ao complexo (4) cristaliza no sistema cristalino monoclínico, grupo espacial C2/c, a = 22,5163(3) Å, b = 8,2234 (1)Å, c = 15,1037 (2) Å, β = 111,282(1), V = 2605,9(11), Z = 4, R1 = 0,078 e wR2 = 0,232. Os complexos acima mencionados apresentam um comportamento cristalográfico bastante semelhante, pois estão reunidos no mesmo sistema cristalino e fazem parte do mesmo grupo espacial, porém uma particularidade de cada composto é destacada no que se refere aos efeitos eletrônicos dos grupos substituintes ligados aos anéis arila terminais da cadeia triazenídica, que tanto apresentam ângulos interplanares distintos assim como forte efeito estérico em relação ao Hg(II) blindando-o de outros ligantes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work shows the crystaline/molecular structure of two mercury(II) complexes with a same monocateneted triazene ligand previolsly deprotonated. The reaction between mercury(II) acetate, 1-(3-nitrophenyl)-3-(3-trifluorometilphenyl)triazene and triphenylphosphine in a methanol of yields the complex [Hg(CF3C6H4NNNC6H4NO2)2(C18H15P)] (1). (1) cristallizes in triclinic system, space group P 1, Z = 2, with cell parameters a = 11.8334(3) Å, b = 13.7747(3) Å, c = 15.3909(4) Å, α = 75.9550(10)°, β = 70.8900(10)°, γ = 65.9750(10)°. The refinament of this estructure converges to the follow discordance indexes R1 = 0.0525 e wR2 = 0.1342. The coordination sphere of mercury(II) ion is formed by two deprotonated triazenido ligands and a triphenilphosphine molecule imposing a trigonal-distorted coordination geometry to the metallic center. Intermolecular interactions of C-H···O type are observed in this structure originating chains of molecules guided parallel to the crystallographic direction [101]. These chains for your time settle of form centrosimetric some relative ones to the other ones, forming bidimensional supramolecular arrangement binding intermolecular interactions type C-H···F. The reaction between mercury(II) acetate, 1-(3-nitrophenyl)-3-(3- trifluorometilphenyl)triazene and pirydine in a methanol of yields the complex [Hg(CF3C6H4NNNC6H4NO2)2(C5H5N)] (2). (2) cristallizes in monoclinic system, space group P21/c, Z = 4, with cell parameters a = 13,5586(3) Å, b = 19,2937(5) Å, c = 12,9152(3) Å, β = 90,9610(10)°. The refinement of this structure converged to the discordance indexes R1 = 0,0470 and wR2 = 0,1365. The coordination sphere of mercury(II) ion is formed by two deprotonated triazenido ligands and a pyridine molecule imposing a T-distorted coordination geometry to the metallic center. The molecular structure reveals disordered fluorine and oxygen atoms related to the the trifluoromethyl and nitro substituents, respectively. A discussion of intermolecular interactions via C-H···O and C-H···F is not possible at this stage of the structure analysis. On the other hand, the crystal structure of (2) in contrast to other examples of this class of compounds, does not present intermolecular metal-arene π interactions between the Hg(II) ion and terminal aryl substituents of the triazenide ligand. Beside the X-ray structure analysis, both the complexes (1) and (2) were also characterized by melting point determination and infrared spectroscopy. / Este trabalho apresenta a determinação da estrutura cristalina/molecular de dois complexos de mercúrio(II) com um mesmo ligante triazeno monocatenado previamente desprotonado. A reação entre acetato de mercúrio(II) e o ligante 1-(3-nitrofenil)-3-(3-trifluorometilfenil)triazeno e trifenilfosfina em metanol forma o complexo Hg(CF3C6H4NNNC6H4NO2)2(C18H15P)] (1). (1) cristaliza no sistema triclínico, grupo espacial P 1, Z = 2, com parâmetros de cela a = 11,8334(3) Å, b = 13,7747(3) Å, c = 15,3909(4) Å, α = 75,9550(10)°, β = 70,8900(10)°, γ = 65,9750(10)°. O refinamento desta estrutura convergiu aos índices de discordância R1 = 0,0525 e wR2 = 0,1342. A esfera de coordenação do íon mercúrio(II) é formada por dois ligantes triazenidos desprotonados e uma molécula de trifenilfosfina, impondo uma geometria de coordenação trigonal-distorcida ao centro metálico. Interações intermoleculares do tipo C-H···O são observadas nesta estrutura originando cadeias de moléculas orientadas paralelamente à direção cristalográfica [101]. Estas cadeias por sua vez arranjam-se de forma centrossimétrica umas relativas às outras, formando um arranjo supramolecular bidimensional através de interações intermoleculares do tipo C-H···F. A reação entre acetato de mercúrio(II) e o ligante 1-(3-nitrofenil)-3-(3-trifluorometilfenil)triazeno e piridina em metanol forma o complexo [Hg(CF3C6H4NNNC6H4NO2)2(C5H5N) (2). (2) cristaliza no sistema monoclínico, grupo espacial P21/c, Z = 4, com parâmetros de cela a = 13,5586(3) Å, b = 19,2937(5) Å, c = 12,9152(3) Å, β = 90,9610(10)°. O refinamento desta estrutura convergiu aos índices de discordância R1 = 0,0470 e wR2 = 0,1365. A esfera de coordenação do íon mercúrio(II) é formada por dois ligantes triazenidos desprotonados e uma molécula de piridina, impondo uma geometria de coordenação T-distorcida ao centro metálico. A estrutura molecular revela uma desordem dos átomos de flúor e de oxigênio dos grupos substituíntes m-trifluorometil e m-nitro, respectivamente, prejudicando uma possível discussão de interações intermoleculares secundárias do tipo C-H···O e C-H···F. Por outro lado, a estrutura cristalina de (2) em contraste com outros exemplos desta classe de combinações, não apresenta interações intermoleculares secundárias do tipo metal-areno π incluindo o íon mercúrio(II) e átomos de carbono dos anéis fenila terminais dos ligantes triazenidos. Além da análise estrutural por difração de raios-X, ambos os complexos (1) e (2) também foram caracterizados por ponto de fusão e espectroscopia de infra-vermelho.

In the recent studies thiocyanate-containing metal complexes are considered to be the most investigated systems. Such complexes exhibit specific properties which could be applied in various fields such as catalysis, photochemistry, biochemistry, pharmacology and etc. The complexes of mercury(II) and iron(III) thiocyanates are of interest since they are widely applied for analysis in the clinical or industrial laboratories. As a result these complexes received great attention, due to the fascinating properties in designing new materials with inorganic and organic ligands. Dealing with such complex system, accurate prediction of the synthesized compound properties is challenging. For this reason, researchers analyze how the replacement of certain group, modification, molar ratio of the mixed ligands and etc. may influence the structure and properties of the obtained complex. Molecular structure, vibrational and electronic spectra of aqueous mercury(II) thiocyanate and iron(III) monoisothiocyanate solutions (at the pH ~ 2) were analyzed in the dissertation by means of Raman and UV-VIS spectroscopies and quantum chemical calculations. The structure, coordination number and vibrational assignments of the titled complexes were determined. The influence of different solvation models upon spectral properties was estimated. The excited state analysis of iron(III) monoisothiocyanate was performed. / Metalų tiocianatų chemija yra ypatingai sparčiai besivystanti tyrimų kryptis. Dėl specifinių metalų tiocianatų savybių šie junginiai plačiai taikomi katalizinėje chemijoje, biochemijoje, farmakologijoje, fotochemijoje ir pan. Vieni iš plačiausiai nagrinėjamų pereinamųjų metalų tiocianatų kompleksų yra geležies ir gyvsidabrio tiocianatai. Pastaruoju metu mokslininkai bando susintetinti kompleksinius geležies ir gyvsidabrio tiocianatų junginius, turinčius neorganinį ir organinį ligandus, kurie pasižymi specifinėmis savybėmis tokiomis kaip: liuminescencija, magnetizmas, katalizinis aktyvumas ir pan. Tačiau, siekiant susintetinti junginius su norimomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis, reikalingos žinios apie kompleksų struktūras, kompleksavimo ypatybes ir visą tai įtakojančius veiksnius molekuliniame lygmenyje. Disertacijoje analizuota tirpių gyvsidabrio(II) tiocianatų ir geležies(III) monoizotiocianato kompleksų (esant pH ~ 2) molekulinė struktūra, virpesiniai ir elektroniniai spektrai taikant Ramano ir UV-RŠ spektroskopines analizes bei kvantinius skaičiavimus. Nustatyti kompleksų koordinacijos skaičiai ir struktūros, atlikti funkcinių grupių signalų priskyrimai, įvertinta solvatacijos įtaka kompleksų spektrinėms savybėms ir išanalizuoti geležies(III) monoizotiocianato komplekso elektroniniai perėjimai sužadintoje būsenoje.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents the synthesis and structural analysis of the first compounds obtained through the use of the building blocks Mercury(II) bis(4-Aminobenzeneselenolate) Hg(SeC6H4NH2-4)2 and Mercury(II) bis(4-N,N-Dimethyl-Aminobenzeneselenolate) Hg(SeC6H4NMe2-4)2. Firstly, a synthetic procedure was adapted for the diaryl disselenides (4-H2NC6H4Se)2 (1a) e (4-Me2NC6H4Se)2 (1b), whose crystalline structures are been described here for the first time. From these disselenides, it were possible to obtain the mercury(II) selenolates Hg(SeC6H4NH2-4)2 (2a) e Hg(SeC6H4NMe2-4)2 (2b). By reacting 2a with mercury(II) halides and tricyclohexylphosphine, the complexes HgX(SeC6H4NH2-4)(PCy3) (3a, X = I and 3b, X = Br) and the pseudo dimer [HgCl(SeC6H4NH2-4)(PCy3)]2.2THF (4) were obtained. Instead, by reacting 2b with mercury(II) halides, the coordination polymer {[Hg2Br2(SeC6H4NMe2-4)2].DMF}n (5) and the polymeric cluster [Hg4Cl3(SeC6H4NMe2-4)5]n (6) were obtained. All the compounds with the exception of 2b were structurally determined by single crystal X-ray diffraction and 1(a-b), 2(a-b) were characterized by nuclear magnetic resonance. All the compounds were also analyzed by infrared vibrational spectroscopy and elemental analysis. / Este trabalho apresenta a síntese e análise estrutural dos primeiros compostos obtidos utilizando-se os blocos de montagem bis(4-Aminobenzenoselenolato) de Mercúrio(II) Hg(SeC6H4NH2-4)2 e bis(4-N,N-Dimetil-Aminobenzenoselenolato) de Mercúrio(II) Hg(SeC6H4NMe2-4)2. Inicialmente adaptou-se um procedimento de síntese dos disselenetos de diarila (4-H2NC6H4Se)2 (1a) e (4-Me2NC6H4Se)2 (1b), cujas estruturas cristalinas estão sendo descritas aqui pela primeira vez. A partir destes disselenetos foi possível obter os selenolatos de mercúrio(II) Hg(SeC6H4NH2-4)2 (2a) e Hg(SeC6H4NMe2-4)2 (2b). Pela reação de 2a com haletos de mercúrio(II) e tricicloexilfosfina obteve-se os complexos HgX(SeC6H4NH2-4)(PCy3) (3a, X = I e 3b, X = Br) e o pseudodímero [HgCl(SeC6H4NH2-4)(PCy3)]2.2THF (4). Já pela reação de 2b com haletos de mercúrio(II) foram obtidos o polímero de coordenação {[Hg2Br2(SeC6H4NMe2-4)2].DMF}n (5) e o cluster polimérico [Hg4Cl3(SeC6H4NMe2-4)5]n (6). Todos os compostos com exceção de 2b tiveram sua estrutura determinada por difração de raios X em monocristal e os compostos 1(a-b) e 2(a-b) foram caracterizados por ressonância magnética nuclear. Todos os compostos também foram analisados por espectroscopia vibracional na região do infravermelho e análise elementar.