Síntese de um dímero, de trímeros (linear e angular) e de um hexâmero

As porfirinas 5, 6 e 7 possuem grupos pentafluorofenilo nos quais é possível efetuar reações de substituição dos átomos de flúor. Deste modo, pensou-se em fazer reagir estes derivados porfirínicos com a 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirina (1a) com o objetivo de preparar sistemas multiporfirínicos lineares, angulares e até mesmo em asterisco. Inicialmente, procedeu-se à reação da porfirina 5 com a porfirina mono-hidroxilada 1a numa proporção de 1:1 em DMF na presença de hidreto de sódio sob atmosfera de nitrogénio à temperatura ambiente (Esquema 2.11). A reação foi monitorizada por TLC e ao fim de 2 horas verificou-se que as porfirinas de partida tinham sido convertidas num produto maioritário, tendo-se dado por terminada a reação. Seguidamente, procedeu-se à neutralização com uma solução saturada de ácido cítrico, lavagem com água e secagem através de sulfato de sódio anidro. O produto maioritário foi purificado por cromatografia em coluna de sílica gel, tendo sido identificado como sendo o dímero 8 após caracterização estrutural, apresentando um rendimento de 74%. Para além do dímero 8 foi também isolada

uma fração minoritária com Rf menor. O resultado obtido da análise por espectrometria de

massa mostrou que a fração minoritária apresentava um ião molecular com um valor de m/z de 2018,7, correspondente à substituição de dois átomos de flúor por unidades da porfirina mono-hidroxilada 1a.

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Esquema 2.11

Formado o dímero 8, reuniam-se as condições para a síntese de um hexâmero em forma de asterisco por substituição dos restantes átomos de flúor.

Para tal, fez-se reagir o dímero 8 com um excesso da porfirina 1a (5 equiv.) nas mesmas condições reacionais usadas anteriormente à exceção da temperatura que, para esta reação, foi a 80 ºC (Esquema 2.12). A reação foi monitorizada por TLC, tendo-se verificado a formação de vários produtos ao longo do tempo, partindo do princípio que seriam resultantes das sucessivas substituições dos átomos de flúor. Ao fim de 5 dias verificou-se a presença de um produto maioritário, tendo-se dado por terminada a reação. Após arrefecimento, procedeu-se à neutralização, lavagem com água e secagem através de sulfato de sódio anidro da fase orgânica e a mistura reacional foi purificada por TLC preparativa. O produto maioritariamente formado foi caracterizado por espectroscopia de UV-vis e RMN, tendo-se constatado que se tratava do hexâmero pretendido, obtido com um rendimento de 30%.

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Esquema 2.12

Uma vez que o dímero 8 foi conseguido com um bom rendimento, considerou-se a possibilidade de sintetizar sistemas multiporfirínicos lineares e angulares constituídos por três unidades de porfirina, a partir de reações de substituição dos átomos para-flúor das porfirinas 6 e 7 com a porfirina mono-hidroxilada 1a.

Usando as mesmas condições reacionais na síntese do dímero 8, fez-se reagir a porfirina 6 com a porfirina mono-hidroxilada 1a (2,5 equiv.) (Esquema 2.13). Ao fim de uma 1 hora de reação, o controlo por TLC mostrou o aparecimento de duas manchas. Partindo do princípio que as duas manchas correspondiam à introdução de uma e duas unidades de porfirina mono-hidroxilada, resolveu-se prolongar a reação com o intuito de obter apenas o produto constituído por três unidades de porfirina. Ao fim de 3 horas a análise por TLC mostrou a ausência das porfirinas de partida e a presença de um produto maioritário,

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que após caracterização estrutural se verificou tratar-se do trímero linear 10, obtido com um rendimento de 18%.

Esquema 2.13

Embora a síntese do dímero 8 tenha sido conseguida com um bom rendimento, tal não aconteceu na síntese do trímero 10. Com o objetivo de aumentar o rendimento, resolveu- se experimentar outras condições reacionais, usando outra base e aquecimento.

Nesta segunda abordagem, a reação foi então realizada em DMF a 50 ºC na presença de carbonato de potássio e sob atmosfera de nitrogénio. A reação foi monitorizada por TLC, verificando-se que só ao fim de 48 horas as porfirinas de partida tinham sido totalmente consumidas. Depois de arrefecer à temperatura ambiente, a mistura reacional foi lavada com água e seca através de sulfato de sódio anidro. Após remoção dos solventes a pressão reduzida, o resíduo obtido foi dissolvido em diclorometano e sujeito a uma cromatografia em coluna de sílica gel. Da purificação isolou-se o trímero 10, obtido com um rendimento consideravelmente superior de 53%. Neste caso, a substituição da base levou a um aumento significativo do rendimento do composto pretendido. Para além do trímero 10 foi também

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espectrometria de massa mostrou que a fração minoritária apresentava um ião molecular com um valor de m/z de 2811,8, correspondente à substituição de três átomos de flúor por unidades da porfirina mono-hidroxilada 1a.

Analogamente, procedeu-se à síntese do trímero angular 11 testando os dois procedimentos realizados anteriormente (Esquema 2.14). Aqui, constatou-se uma vez mais que ao substituir o hidreto de sódio por carbonato de potássio o rendimento do trímero 11 aumentou consideravelmente de 38% para 62%. Tal como na reação anterior, também se isolou uma fração minoritária correspondente à substituição de três átomos de flúor por unidades da porfirina mono-hidroxilada.

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Os sistemas multiporfirínicos 8, 9, 10 e 11 foram caracterizados por espectroscopia de RMN, UV-vis e por espectrometria de massa.

Os espectros de RMN de 1H dos sistemas multiporfirínicos 8, 10 e 11 não apresentam

alterações significativas relativamente às porfirinas 5, 6 e 7 que lhes deram origem. A título

de exemplo é apresentado na Figura 2.4 o espectro de RMN de 1H do dímero 8 que apresenta

os seguintes sinais: um singleto a δ -2,80 ppm correspondente à ressonância dos protões internos NH; a δ 7,45 ppm surge um dupleto (J = 8,6 Hz) correspondente à ressonância dos

protões meta dos grupos C6H4; um multipleto a δ 7,70-7,77 ppm correspondente à

ressonância dos protões meta e para dos grupos fenilo; um multipleto a δ 8,17-8,23 ppm

correspondente à ressonância dos protões orto dos grupos fenilo e C6H4 (neste caso surgem

sobrepostos); dois singletos a δ 8,83 e 8,86 ppm correspondentes à ressonância dos protões β-pirrólicos.

Figura 2.4: Espectro de RMN de 1_{H do dímero 8 em CDCl}

3.

Os espectros de RMN de 19_{F dos sistemas multiporfirínicos 8, 10 e 11, apesar de}

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correspondentes. No caso do dímero 8, todos os átomos de flúor são quimicamente equivalentes, observando-se apenas a presença de um sinal em forma de singleto a δ -177,01

ppm, devido à simetria da molécula. Nos espectros de RMN de 19F das tríades 10 e 11 era

de esperar a presença de vários sinais. Contudo, apesar dos átomos de flúor destes compostos não serem todos quimicamente equivalentes, observa-se apenas um sinal em forma de singleto a cerca de δ -177 ppm, por serem todos magneticamente equivalentes.

Os espectros de massa do dímero 8 apresentam um pico a m/z 1407,4 [M+H]+. No

espectro de massa em ESI também é possível observar um pico a m/z 704,2 [M+2H]2+. Iões

multicarregados deste tipo surgem devido à existência de átomos passíveis de serem protonados na estrutura molecular, como os átomos de nitrogénio, ocorrendo protonações múltiplas no oligómero. Os trímeros 10 e 11 têm a mesma massa molecular, apresentando

um pico a m/z 2199,6 [M+H]+ nos seus espectros de massa em MALDI. Já nos espectros de

massa em ESI apenas é possível observar um pico a m/z 1100,3 [M+2H]2+_{. No entanto, a}

presença do ião [M+H]+ _{nos espectros de massa em MALDI confirma a fórmula molecular}

dos trímeros 10 e 11.

No que diz respeito ao espectro de RMN de 1_{H do hexâmero 9 (Figura 2.5) destaca-}

se um pequeno desvio dos sinais dos protões dos grupos fenilo e C6H4, para frequências um

pouco superiores às que apareciam na porfirina de partida, o dímero 8. Quanto à ressonância dos protões β-pirrólicos é possível observar os seguintes sinais: um sistema AB (J = 4,8 Hz) a δ 8,87 e 8,96 ppm corresponde à ressonância dos protões β-pirrólicos próximos do grupo

C6H4 e um singleto a δ 8,85 ppm pertencente à ressonância dos restantes protões β-pirrólicos.

Quanto ao espectro de RMN de 19F do hexâmero 9, a ausência de sinais confirma a

substituição de todos os átomos de flúor por unidades de porfirina.

No espectro de massa do hexâmero 9 apenas foi observado picos correspondentes a fragmentos da molécula.

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Figura 2.5: Espectro de RMN de 1_{H do hexâmero 9 em CDCl}

3.

É sabido que o interior do macrociclo porfirínico, constituído por grupos NH, é considerado um excelente local de coordenação para catiões metálicos. Em particular, os sistemas multiporfirínicos 8, 9, 10 e 11, ao possuírem várias unidades de porfirina nas suas estruturas, apresentam vários locais de coordenação na mesma molécula. Tendo isto em conta, resolveu-se avaliar a potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos. Estes estudos mostraram resultados bastante interessantes e serão apresentados no capítulo 3. Neste capítulo também será apresentada a descrição pormenorizada dos espectros de absorção destes sistemas multiporfirínicos.