Testes para descobrir o ácido dicarboxílico adequado para macrociclização de S4 via

esterificação. (a) BOP-Cl, Et3N, DMF, t. a., atmosfera N2, 24h, rendimentos de 3, 6, 21 e 36%,

respectivamente para n = 1 (ácido glutárico), n = 3 (ácido pimélico), n = 4 (ácido subérico) e n = 5 (ácido azeláico).

Figura 4.16 - Espectro MALDI-TOF do macrociclo obtido a partir da esterificação do atropoisômero

solúvel () com ácido pimélico. Condições: modo positivo, DPB como matriz. O gráfico mostra um zoom na região m/z do pico para revelar a distribuição isotrópica. a.u. = unidade arbitrária.

Figura 4.17 - Espectro MALDI-TOF do macrociclo obtido a partir da esterificação do atropoisômero

solúvel () com ácido subérico. Condições: modo positivo, DPB como matriz. O gráfico mostra um zoom na região m/z do pico para revelar a distribuição isotrópica. a.u. = unidade arbitrária.

Figura 4.18 - Espectro MALDI-TOF do macrociclo obtido a partir da esterificação do atropoisômero

solúvel () com ácido azeláico. Condições: modo positivo, DPB como matriz. O gráfico mostra um zoom na região m/z do pico para revelar a distribuição isotrópica. a.u. = unidade arbitrária.

A estrutura do macrociclo S6 foi determinada inequivocamente por RMN

1

H (Figura 4.19). Os prótons na posição meso do núcleo da porfirina ressonam como um singleto a 10,15 ppm, enquanto que os pirrólicos aparecem como dois dubletos (J = 4,60 Hz) a 9,26 e 8,96 ppm. Os prótons pirrólicos não são equivalentes devido à substituição 5,15-meso pelos anéis fenilo no núcleo de porfirina. Os prótons nos anéis de mesofenina da porfirina aparecem na região usual do espectro em 8,19 (dubleto), 7,93-7,83 (multipleto) e 7,74 (tripleto) ppm, com a multiplicidade esperada para anéis de fenílicos orto-substituídos. Os dois prótons N-H internos aparecem coalecidos na usual região de campo alto (-3,06 ppm). Os oito prótons nos dois anéis de fenílicos conectados aos grupos funcionais éster aparecem como dois dubletos (J = 8,70 Hz) mais blindados (7,09 e 6,25 ppm) do que o habitual para prótons aromáticos em condições normais. Essa maior blindagem é consequência do efeito anisotrópico da porfirina, o que sugere fortemente que esses dois anéis fenílicos estão localizados próximos do núcleo de porfirina, corroborando com a formação de macrociclo S6. Os prótons dos grupos metileno aparecem na região alifática usual do espectro de RMN 1H, não sendo afetados pelo forte efeito de blindagem do núcleo de porfirina.

O macrociclo S6 é quantitativamente metalado com Co(II) misturando este ligante precursor com 6,0 equivalentes de acetato de cobalto(II) tetrahidratado (Co(OAc)2•4H2O) em DMF sob atmosfera de N2 e aquecendo a mistura a 110ºC por 2h.131 A análise do bruto reacional por CCD revela a presença de dois produtos porfirínicos (Esquema 4.7). Após a evaporação do DMF sob pressão reduzida, o produto é purificado por coluna cromatográfica de gel de sílica. Neste processo identificamos que cerca de 22,0% do Co(II)porfirinato (CoP), Rf = 0,54 (hexano/DCM, 2:3) é oxidado a Co(III)porfirinato (CoP’), Rf = 0,51 (DCM/acetato de etila, 3:1). Os produtos foram analisados por UV-vis, o que permitiu confirmar o processo de metalação comparando suas bandas de absorção com aquelas observadas no espectro UV-vis do macrociclo free base (Figura 4.20). Análises de MALDI-TOF também confirmam a metalação (Figura 4.21). O espectro de absorção UV-vis do macrociclo S6, apresenta uma transição forte para um segundo estado excitado (S0  S2) em 411 nm (banda Soret) e um conjunto de quatro bandas-Q em 506, 539, 579 e 634 nm, comportamento típico de porfirinas desmetaladas devido à presença dos prótons N-H quebrarem sua simetria. Já o CoP, mostra uma banda Soret com máx = 404 nm, sofrendo um deslocamento hipsocrômico (máx = 7 nm) quando comparada à porfirina free base S6 e duas bandas-Q com máx = 521 e 551 nm (Figura 4.22). A oxidação para Co(III)porfirinato de uma fração da metaloporfirina com um rendimento de 22% também é identificada facilmente por espectroscopia UV-vis (Figura 4.23). O Co(III)porfirinato isolado da metalação apresenta uma banda Soret com máx = 407 nm e uma banda Soret extra com máx = 422 nm, além de uma banda-Q com máx = 528 nm. A presença da banda Soret extra, juntamente com o deslocamento batrocrômico/alargamento da banda-Q são evidências da formação de complexos de Co(III)porfirinato.97

Esquema 4.7 – Metalação do macrociclo S6. Condições: Co(OAc)2•4H2O, DMF, 110ºC, 2 horas,

Figura 4.20 - Espectro de absorção UV-vis do composto S6. Condições: 10-5 M, DCM, t. a.

Figura 4.21 - Espectro MALDI-TOF do Macrociclo 1. Condições: modo positivo, DPB como matriz. O gráfico mostra um zoom na região m/z do pico para revelar a distribuição isotrópica. a.u. = unidade arbitrária.

Figura 4.22 - Espectro de absorção UV-vis do Macrociclo 1. Condições: 10-5 M, DCM, t. a.

Figura 4.23 - Espectro de absorção UV-vis da fração do Macrociclo 1’ oxidada durante o processo de

metalação. Condições: 10-5 M, DCM, t. a.

Complexos baseados em CoP, são conhecidos por apresentar baixo potencial redox para o centro metálico, principalmente pelas propriedades doadoras dos ligantes tetrapirrólicos, que estabilizam CoP’.97 No entanto, descobrimos que fração oxidada formada no processo de metalação pode ser reduzida a CoP utilizando uma solução com 2,0 equivalentes de ácido ascórbico numa mistura 1:1 (v/v) DCM/metanol (Esquema 4.8). Após 12 horas em agitação a temperatura

ambiente sob atmosfera de N2, o solventes são removidos a pressão reduzida e o

CoP é separado por flash cromatográfica em gel de sílica utilizando DCM como eluente.

Esquema 4.8 – Redução do CoP’ a CoP em solução de ácido ascórbico.

Devemos salientar que os complexos de CoP são as espécies alvo para nossos propósitos, uma vez que complexos de CoP’ não são eficazes para catalisar reações de ciclopropanação. Por outro lado, CoP são espécies paramagnéticas d7, o que resulta em espectros de RMN com sinais alargados, mal definidos e fora do seu deslocamento químico habitual.132 Dessa forma, o diamagnetismo é crucial para nossa investigação por RMN 1H para confirmação da estrutura da rotaxana.

Usualmente, CoP são oxidados a CoP’ numa mistura HCl/clorofórmio/metanol em atmosfera aberta.133 No nosso caso, esta metodologia de oxidação não pode ser empregada devido a presença dos grupos éster. Por causa disso, utilizamos AgBF4 como agente oxidante. Muitos complexos de Co(III) são diamagnéticos por causa de sua configuração d6 de baixo spin, porém vários complexos de CoP’ têm configuração spin alto e são paramagnéticos. Este paramagnetismo diminui com o abaixamento da temperatura e a presença de grupos eletro-retiradores na estrutura da porfirina, pois ambos os fatores favorecem o estado de spin baixo.134 De acordo com Gerloch e colaboradores135 os complexos de CoP’ deveriam ser diamagnéticos devido a porfirina ser um ligante de campo forte. Entretanto, os espectros de RMN 1H do macrociclo 1’ por nós obtidos apresentaram sinais largos e indefinidos em CDCl3 mesmo a baixas temperaturas, impossibilitando a confirmação da estrutura do complexo. Já outros grupos atribuem a origem dos sinais mal definidos no espectro de RMN 1H de CoP’ a resíduos de Co(II) provenientes do processo de oxidação incompleto ou até mesmo de possíveis reações de desproporcionamento CoP’  CoP.136

origem do paramagnetismo dos complexos dos CoP’ não está centrada no metal, mas na formação de radical de caráter catiônico no ligante porfirina devido a processos de transferência de carga entre o metal e o ligante orgânico.137 Também é defendido que a magnitude do alargamento dos sinais do RMN está relacionada com vários fatores como o tipo de contra-íon e a força dos ligantes coordenados axialmente ao centro metálico da porfirina.134,136

Nossos estudos se concentraram em encontrar ligantes de campo forte e inertes para coordenação ao Macrociclo 1’ visando obter espécies diamagnéticas e, consequentemente, espectros de RMN interpretáveis. Apesar de nossos complexos de CoP’ apresentarem espectros de RMN 1

H com sinais mal definidos mesmo quando realizados em solventes coordenantes como DMSO-d6, descobrimos que quando fazemos a oxidação em presença de ligantes nitrogenados como imidazol (Esquema 4.9), obtemos complexos de CoP’ hexacoordenados (macrociclo 1’-IM) que apresentam espectros de RMN 1H com sinais bem definidos (Figura 4.24). A coordenação do imidazol é comprovada pelo forte blindagem observada para os prótons Hl, Hm e Hm’. No imidazol descoordenado, estes prótons ressonam na região entre 7,0 e 8,0 ppm; coordenado ao Macrocilo 1’ esses sinais aparecem entre 4,0 e 5,0 ppm (Hl) e abaixo de 1,0 ppm (Hm e Hm’). Portanto, podemos trabalhar com o estado de oxidação do cobalto em nossos complexos de acordo com nossos interesses. Se estivermos investigando catálise, usamos complexos baseados em CoP; se estamos interessados na caracterização estrutural, trabalhamos com complexos baseados em CoP’ coordenados a ligantes nitrogenados.

Esquema 4.9 – Oxidação do macrociclo 1 por AgBF4, em presença de imidazol formando o complexo 1’-IM.

Figura 4.24 - Espectro RMN 1H do Macrociclo 1’-IM hexacoordenado a dois imidazóis (400 MHz,

CDCl3, 298 K). A atribuição foi realizada com o auxílio de técnicas de RMN 2D. * = CDCl3; ** = H2O.

Estas descobertas nos encorajaram a aplicar complexos do macrociclo 1 para catalisar reação de ciclopropanação para montagem de [2]rotaxanas e em seguida fazer sua oxidação nas condições estabelecidas para investigar sua estrutura. Para este propósito sintetizamos o diazocomposto 2 e o estireno 3 (Esquema 4.10). Como grupo volumoso (sttoper), utilizamos o composto comercialmente disponível 4-tritilfenol S8. Este composto pode ser preparado138 a partir de um reagente de Grignard que reage com benzofenona. O produto da reação de Grignard é hidrolisado em presença de solução aquosa saturada de cloreto de amônio formando o tritilmetanol S7. O aquecimento a 80ºC da mistura do tritilmetanol com 5,0 equivalentes de fenol em meio ácido por 24 horas leva à obtenção quantitativa de S8.

A eterificação de Williansom de S8 com 4-(clorometil)-estireno permitiu obter quantitativamente a olefina 3 como um sólido branco.139 A estrutura do produto foi confirmada por RMN 1H (Figura 4.25). Os prótons aromáticos aparecem em sua região usual do espectro entre 7,0 e 7,5 ppm e os prótons He aparecem levemente mais blindados em 6,80 ppm devido sua ligação ao grupo éter. A atribuição dos prótons Hj-cis e Hj-trans é feita com base nos valores de suas constantes de

acoplamento com Hi (10,90 e 17,50 Hz, respectivamente). Os prótons benzílicos Hf ressonam como um singleto em 4,93 ppm. Seu espectro ESI-MS (Figura 4.26) revela o pico do íon molecular em m/z 453,22 [M + H]+, juntamente com os picos m/z 475,21 [M + Na] + e 491,18 [M + K]+.