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Type: Tese
Title: Derivados de aminofenil-naftoquinonas: síntese, propriedades fotofísicas e possíveis aplicações
Author(s)/Inventor(s): Goulart, Juliana da Silva
Advisor: Garden, Simon John
Co-advisor: Garden, Nanci Camara de Lucas
Abstract: As nafto-1,4-quinonas são compostos facilmente encontrados na natureza e apresentam um amplo potencial para aplicações biológicas e tecnológicas, devido às suas propriedades redox, fotofísicas e fotoquímicas. A presença de duas carbonilas na sua estrutura confere às moléculas características de aceitadoras de elétrons, tornando-as adequadas para o design de novos corantes do tipo doador-aceitador (push-pull). Esses corantes são formados, essencialmente, por um fragmento rico em elétrons (doador) e um fragmento deficiente em elétrons (aceitador). Quando esses grupos estão conectados na mesma molécula, a fotoestimulação resulta em uma transferência de carga intramolecular (ICT), que reorganiza a densidade eletrônica no estado excitado em relação ao estado fundamental. Neste trabalho, apresentamos a síntese, o estudo fotofísico e as potenciais aplicações de derivados de nafto-1,4-quinonas com diferentes grupos doadores de elétrons: N-metilanilina (1), N,N’-dimetilanilina (2), 1,2,3,4-tetrahidroquinolina (3), 1-metil-1,2,3,4-tetrahidroquinolina (4), difenilanilina (5), trifenilanilina (6), 9-H-carbazol (7) e 10-H-fenotiazina (8). A síntese dos derivados foi realizada via acoplamento oxidativo em acetonitrila (ACN) na presença de 10 mol% de ácido tríflico, resultando em rendimentos de 30-81%. A caracterização estrutural foi realizada utilizando as técnicas de FTIR, RMN (¹H/¹³C), HRMS e DRX. Para o estudo fotofísico foram utilizadas as técnicas de UV-vis e fluorescência no estado estacionário e resolvida no tempo. Todas as moléculas sintetizadas absorvem na região do visível (400-700 nm). As moléculas 1, 3 e 5 demonstraram potencial como sondas colorimétricas de polaridade e foram avaliadas como possíveis sondas de etanol em meio polar, apresentando aplicabilidade como sondas para detecção de adulteração em gasolina. Além disso, 1 a 5 exibiram acidocromismo negativo ácido trifluoracético, enquanto 6 e 7 mostraram acidocromismo positivo após a adição de ácido tríflico em ACN, com reversibilidade após a adição de trietilamina. Foi possível determinar o pKa(ACN) dessas moléculas por meio de espectroscopia UV-vis. Deslocamentos de Stokes elevados foram observados em cicloexano (88-181 nm), e o efeito em pastilhas de parafina foi avaliado. Os compostos 5, 6 e 7 mostraramse promissores como sondas fluorimétricas para detecção de adulteração de gasolina com hidrocarbonetos de cadeia longa. Além disso, a interação intermolecular entre o composto 1 e 6 com albumina sérica humana (HSA) foi investigada utilizando espectroscopia. Por fim, 1, 5, 6 e 7 apresentaram elevados rendimentos de formação de oxigênio singlete, tornando-os candidatos promissores para uso como fotossensibilizadores tipo II, ampliando suas potenciais aplicações tecnológicas e biomédicas.
Abstract: Naphtho-1,4-quinones are compounds easily found in nature and exhibit significant potential for biological and technological applications due to their redox, photophysical, and photochemical properties. The presence of two carbonyl groups in their structure imparts electron-accepting characteristics to these molecules, making them suitable for the design of new donor-acceptor (push-pull) dyes. These dyes essentially consist of an electron-rich fragment (donor) and an electron-deficient fragment (acceptor). When these groups are connected within the same molecule, photoexcitation results in intramolecular charge transfer (ICT), which reorganizes the electronic density in the excited state compared to the ground state. In this study, we present the synthesis, photophysical properties, and potential applications of naphtho-1,4-quinone derivatives with various electron-donating groups: Nmethylaniline (1), N,N’-dimethylaniline (2), 1,2,3,4-tetrahydroquinoline (3), 1-methyl-1,2,3,4- tetrahydroquinoline (4), diphenylaniline (5), triphenylaniline (6), 9-H-carbazole (7), and 10-Hphenothiazine (8). The products were synthesized via oxidative coupling in acetonitrile (ACN) in the presence of 10 mol% triflic acid, achieving yields ranging from 30-81%. Structural characterization was performed using FTIR, NMR (¹H/¹³C), HRMS, and XRD techniques. The photophysical studies were conducted using UV-vis absorption and steady-state/time-resolved fluorescence techniques. All synthesized molecules absorb in the visible region (400-700 nm). Molecules 1, 3, and 5 demonstrated potential as polarity-sensitive colorimetric sensors and were evaluated as possible ethanol sensors in polar media, showing applicability in detecting gasoline adulteration. Additionally, 1 to 5 exhibited negative acidichromism upon the addition of trifluoroacetic acid, while 6 and 7 showed positive acidichromism upon the addition triflic acid in ACN, with reversibility upon the addition of triethylamine. The pKa(ACN) values of these molecules were determined using UV-vis spectroscopy. Large Stokes shifts were observed in cyclohexane (88-181 nm), and the effect in paraffin pellets were evaluated. Compounds 5, 6, and 7 showed promise as fluorimetric sensors for detecting gasoline adulteration with longchain hydrocarbons. Furthermore, the intermolecular interaction between compounds 1 and 6 with human serum albumin (HSA) was investigated using spectroscopy. Finally, compounds 1, 5, 6, and 7 exhibited large singlet oxygen generation yields, making them promising candidates for use as type II photosensitizers, thereby broadening their potential technological and biomedical applications.
Keywords: Naftoquinonas
Acidocromismo
Transferência de carga
Fotossensibilizador
Propriedades fotofísicas
Sondas colorimétricas
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA::SINTESE ORGANICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Química
Production unit: Instituto de Química
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 20-Mar-2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: GOULART, Juliana da Silva. DERIVADOS DE AMINOFENIL-NAFTOQUINONAS: síntese, propriedades fotofísicas e possíveis aplicações. 2025. 227 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.
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