Author(s):
Gomes, Ana Teresa Peixoto de Campos 
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7286
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Química; Porfirinas; Quinolonas; Tetrapirroles; Fotossensitização; Terapia fotodinâmica
Description
O trabalho apresentado nesta dissertação descreve estudos desenvolvidos
segundo três metodologias para a funcionalização de meso-tetra-arilporfirinas;
uma delas baseada na funcionalização com diazo compostos, outra na reacção de
Suzuki-Miyaura e a terceira na reacção de metátese.
O presente documento é composto por quatro partes distintas.
Na primeira parte são feitas considerações gerais sobre propriedades e aplicações
de macrociclos porfirínicos.
Na segunda parte é apresentado o trabalho realizado na funcionalização de
porfirinas com diazo compostos através de reacções de inserção com um
catalisador de ródio(II). Este estudo envolveu a preparação de duas porfirinas com
grupos O-H e N-H nas posições para dum substituinte meso-fenilo. Os estudos
iniciaram-se com a reacção de 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II)
com diazoacetato de etilo na presença de Rh2(OAc)4. Obteve-se o produto
esperado de inserção com bons rendimentos. A reacção de 5-(4-aminofenil)-
10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com esse diazo composto na presença de
Rh2(OAc)4 mostrou um perfil diferente do da reacção com o outro porfirinato.
Foram obtidos três produtos, a saber: produto de bis-inserção e dois outros
contendo o grupo funcional amida. Este capítulo descreve ainda a síntese de
glicoporfirinas e de glicoclorinas através de reacções de inserção e de
ciclopropanação envolvendo, respectivamente, os complexos 5-(4-hidroxifenil)-
10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) e 5,10,15,20-
tetraquis(pentafluorofenil)porfirinatozinco(II) com α-diazoacetatos com substituintes
sacarídicos. Foram usados, como catalisadores, Rh2(OAc)4 e CuCl,
respectivamente, na reacção de inserção e na de ciclopropanação.
Tendo em vista a sua aplicação em PDT, os novos produtos foram
descomplexados e a unidade glicosídica foi desprotegida. Estudos de geração de
oxigénio singuleto mostraram que os compostos obtidos são bons geradores
dessa espécie citotóxica. Foram também realizados estudos de avaliação da
actividade fotodinâmica em células humanas tumorais HeLa e em células
humanas saudáveis HaCaT. Estudos de viabilidade celular, após tratamento
fotodinâmico, mostraram que as glicoclorinas são mais eficazes na fotoinactivação
das células tumorais. Apenas o derivado da clorina com a unidade de
galactose mostrou selectividade para a linha celular tumoral, inibindo o
crescimento desta e não causando efeito significativo na linha celular saudável.
Este fotossensibilizador não foi tóxico na ausência de luz e depois do tratamento
fotodinâmico e em condições sub-letais, provocou vacuolização citoplasmática e
retracção pronunciada nas células tumorais, enquanto que nas células saudáveis
os danos sofridos foram escassos. Nos estudos de localização celular este
fotossensibilizador localizou-se na membrana citoplasmática e nos lisossomas
tanto nas células HeLa como nas HaCaT.
Na terceira parte deste trabalho são descritos os resultados obtidos nos estudos
de funcionalização de porfirinas através da reacção de Suzuki-Miyaura. O
complexo 2-(4,4,5,5,-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)-5,10,15,20-
tetrafenilporfirinatozinco(II) foi o composto escolhido como reagente de partida.
Usando a reacção de Suzuki foi possível sintetizar complexos β-bromoarilporfirínicos
em bons rendimentos. Estes complexos foram sujeitos à reacção de
Suzuki com pinacolborano, tendo sido possível obter os produtos de acoplamento
esperados e ainda derivados diméricos de complexos porfirínicos ligados por
unidades fenileno. Esta metodologia reacional, catalisada por paládio, permitiu
ainda sintetizar novos derivados quinolona-porfirina através da reacção do
complexo porfirínico β-borilado anteriormente referido com bromo-quinolonas Nsubstiuídas
com grupos alquílicos e glicosídicos. Deste modo foram obtidos
derivados quinolona-porfirina em bons rendimentos. Com vista a realizar estudos
de potencial aplicação em PACT, foram hidrolisados os grupos éster da unidade
de quinolona e clivados os grupos protectores das unidades glicosídicas desses
derivados. No estudo por MS Tandem (MS/MS) foi possível verificar que os
isómeros dos derivados quinolona-porfirina sofrem as mesmas vias de
fragmentação, confirmando as suas estruturas análogas. Foi possível ainda
distinguir os derivados em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona
através da posição C-6 da quinolona daqueles em que a unidade de porfirina está
ligada à quinolona através da sua posição C-7.
Os estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que as porfirinas β-
substituídas com unidades de quinolona são melhores geradoras desta espécie
citotóxica do que a tetrafenilporfirina e que a eficiência que têm em gerar essa
espécie é afectada pela posição da ligação entre a porfirina e a quinolona, assim
como com o tipo do N-substituinte da quinolona. As bases livres dos conjugados
quinolona-porfirinatos foram testadas como fotossensibilizadores em PACT em
células do parasita Leishmania Braziliensis, tendo-se observado que estes
compostos têm capacidade para fotoinactivar este parasita.
Na quarta parte deste trabalho são descritos os resultados dos estudos de
funcionalização de porfirinas através da reacção de metátese com catalisador de
Grubbs, visando a obtenção de novos macrociclos com grupos triazolilo. Verificouse
que a eficiência da reacção de metátese cruzada entre 2-vinil-5,10,15,20-
tetrafenilporfirinatozinco(II) e 4-vinil-1,2,3-triazóis N-substituídos dependia das
condições reaccionais e do triazol usado em cada caso. Foi possível ainda concluir
que o impedimento estéreo das espécies envolvidas é um dos responsáveis pelo
ciclo catalítico prosseguir por uma via secundária, originando uma espécie de
ruténio pouco eficiente como catalisador. Este estudo foi estendido à reacção dos
4-vinil-1,2,3-triazois seleccionados com 2-butadienil-5,10,15,20-
tetrafenilporfirinatoniquel(II); em cada caso foi possível obter uma mistura de
isómeros dos derivados triazol-porfirina, geralmente em maiores rendimentos
globais do que na reacção com 2-vinil-5,10,15,20-tetrafenilporfirinatozinco(II). Este
facto será indicativo de que a reacção de metátase com esse derivado porfirínico
segue, predominantemente, a via mais eficiente. The work presented in this dissertation reports studies carried out according three
different methodologies for the functionalization of meso-tetra-arylporphyrins: one
is related with the functionalization with diazo compounds, another one considers
the Suzuki-Miyaura approach and the third one the metathesis reaction. This
document has four parts.
The first one relates the main properties and applications of porphyrin derivatives.
The second part reports results on studies carried out for the functionalization of
porphyrins with diazo compounds through insertion reactions catalyzed by a
rhodium-based catalyst. This study involved the preparation of two porphyrins with
OH and NH groups in the p-position of one meso-phenyl substituent of those
macrocycles. Reaction of 5-(4-hydroxyphenyl)-10,15,20-
triphenylporphyrinatozinc(II) with ethyl diazoacetate in the presence of Rh2(OAc)4
gave rise to the expected insertion product in good yields. In the reaction of 5-(4-
aminophenyl)-10,15,20-triphenylporphyrinatozinc(II) with such diazo compound in
the presence of Rh2(OAc)4 a different profile was observed. Three products were
obtained: one corresponding to the bis-insertion product and the other two having
each one an amide function. This part of the thesis also describes the synthesis of
glycoporphyrins and glycochlorins through insertion and cyclopropanation
methodologies, respectively, in reactions with 5-(4-hydroxyphenyl)-10,15,20-
triphenylporphyrinatozinc(II) and 5,10,15,20-
tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrinatozinco(II) with carbohydrate substituted α-
diazoacetates. As catalysts were used Rh2(OAc)4 for the insertion reactions and
CuCl for the cyclopropanation ones. Having in mind their potential applications in
PDT, the new derivatives obtained were demetallated and the sugar units were
deprotected. Studies on the singlet oxygen generation by the new compounds have
shown that these derivatives are good generators of that cytotoxic species. The
new compounds were tested as photosensitisers in PDT, on a cancer cellular line,
HeLa and on a normal cell line, HaCaT. Studies on cell viability after PDT treatment
have shown that glycochlorins are more effective in the photoinactivation of the
tumor cell line. Only the galactose-chlorin derivative showed selectivity for HeLa
cells, inhibiting the growth of this tumoral cell line and causing no significant effect
on the normal cell line. This photosensitiser was not toxic in the absence of light
and it caused cytoplasmatic vacuolization and pronounced retraction in tumoral cell
line, while in HaCaT the damages were scarce. In the study of cellular localization,
this photosensitiser was located in the cytoplasmic membrane and lysosomes in
both HeLa and HeCat cells.
The third part of this dissertation describes the results obtained on the
functionalization of porphyrins under the Suzuki-Miyaura reaction conditions. The
2-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-5,10,15,20-
tetraphenylporphyrinatozinc(II) was chosen for being used in this reaction. Using
the Suzuki methodology it was possible to synthesize β-bromo-arylporphyrinic
complexes in good yields. These brominated porphyrinates were used in the
Suzuki reaction with pinacol borane; it was possible to obtain novel coupling
product derivatives and also porphyrin dimers linked by phenylene units. This
reaction catalyzed by palladium also allowed us to synthesize new quinoloneporphyrin
derivatives by the reaction of the β-borylated porphyrinic complex with Nsubstituted
bromo-quinolones with alkyl and glycosyl groups affording quinoloneporphyrin
derivatives in good yields. It was also performed the hydrolysis of the
ester groups of the quinolone moieties and the deprotection of the glycosidic units
of the quinolone-porphyrin derivatives, having in mind their potential application in
PACT. In the electrospray tandem mass spectrometry (MS/MS) of the quinoloneporphyrin
derivatives it was possible to verify that isomeric porphyrin-quinolone
derivatives give rise to similar fragmentation pathways, confirming their analogous
structures. Due to the relative abundance of some peaks it was possible to
distinguish between derivatives with the porphyrin moiety linked at C-6 of the
quinolone unit from those having the porphyrin moiety linked to the 7-position of the
quinolone moiety. Singlet oxygen studies have shown that all the β-substituted
porphyrin-quinolones are better singlet oxygen generators than TPP and that the
efficiency of these compounds to generate singlet oxygen is affected by the linkage
position between the porphyrin and the quinolone moieties, and also by the type of
the N-substituent of the quinolone group. The free bases of quinolone-porphyrin
conjugates were tested as photossensitizers in PACT against the Leishmania
Braziliensis parasite cells; it was observed that these compounds are able to
photoinactivate such parasite.
photoinactivate such parasite.
In the fourth part of this document it is described the results obtained in the study of
the functionalization involving triazolyl groups of porphyrin macrocycles by the
metathesis reaction using the Grubbs catalyst. It was found that the reaction
between 2-vinyl-5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatozinc(II) and N-substituted 4-
vinyl-1,2,3-triazoles are dependent on the reaction conditions and on the triazole.
The best conditions found were used for the synthesis of new triazole-porphyrin
derivatives. The study of the reaction mechanism has shown that the steric
hindrance between the two species involved is a main reason for the catalytic cycle
to continue on a path characterized by the poor efficiency. This study of the
metathesis reaction was extended to the reaction of selected N-substituted 4-vinyl-
1,2,3-triazoles with 2-butadienyl-5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatonickel(II) (a
porphyrinic complex with less steric hindrance) affording a mixture of isomeric
triazole-porphyrin derivatives, in higher global yields than the reactions with 2-vinyl-
5,10,15,20-tetraphenylporphyrinatozinc(II). This might indicate that the metathesis
reactions with the former porphyrin follows, predominantly, the more efficient route. Doutoramento em Quimica
