Síntese e propriedades fotofísicas de novos derivados fluorescentes de benzofenoxazina e naftofenoxazina

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química (área de especialização em Química)A deteção de moléculas biológicas e orgânicas pela utilização de técnicas com recurso à marcação fluorescente tem registado um aumento significativo em comparação com métodos radioquímicos, devido às suas diversas vantagens, incluindo elevada sensibilidade e facilidade de uso. A utilização de compostos com absorção e emissão nas regiões do vermelho ou infravermelho próximo do espectro eletromagnético, onde é possível a utilização de fontes de excitação económicas e eficientes (por ex. diodos laser) é desejável, de modo a minimizar interferências com o material biológico. Para além disso, os fluoróforos devem possuir estruturas químicas que lhes confiram solubilidade em água, devem conter grupos funcionais, carga ou outras particularidades que permitam a marcação covalente e/ou não covalente das biomoléculas. As benzo[a]fenoxazinas, derivados policíclicos da oxazina, apresentam características físico-químicas e fotofísicas interessantes e têm sido usadas na marcação covalente e não covalente de aminoácidos, proteínas e ácidos nucleicos. Atendendo a estes aspetos e à atualidade deste assunto, o objetivo inicial deste trabalho consistiu na síntese de duas novas séries de cloretos de benzofenoxazínio possuindo diferentes substituintes no sistema policíclico. Assim, a primeira série de compostos possui na posição 9 uma amina mono ou dissubstituída com 3-cloropropilo e na posição 5 uma amina monossubstituída com terminais variados, incluindo grupos metilo, cicloexilo e fenilo, com dois grupos metilénicos como espaçadores. Na segunda série foram obtidos cloretos de benzofenoxazínio que incorporam a estrutura da julolidina e, para além disso, possuem uma amina livre ou substituída com o grupo fenilo ou um espaçador metilénico funcionalizado com o grupo hidroxilo. Foi também obtido um cloreto de naftofenoxazínio contendo a amina cíclica referida na sua estrutura. A caracterização dos compostos sintetizados foi efetuada pelas técnicas espectroscópicas de IV, RMN de 1H e 13C. Considerando a potencial importância deste tipo de compostos como marcadores fluorescentes, designadamente para aplicações biológicas, foram avaliadas as propriedades fotofísicas de todos os cloretos de benzofenoxazínio e naftofenoxazínio obtidos recorrendo às técnicas de espectroscopia de UV-vis e de fluorescência. Foram obtidos os espectros de absorção e emissão em etanol e água em diferentes concentrações, assim como em condições ácidas e básicas nos solventes referidos.Detection of biological and organic molecules by the use of techniques using fluorescent labelling has increased significantly compared with radiochemical methods, because of its various advantages including high sensitivity and simplicity of use. The use of compounds with absorption and emission in the red or nearinfrared regions of the electromagnetic spectrum where is possible the use of economical and efficient excitation sources (e.g. laser diodes) is desirable, in order to minimise interference with the biological material. In addition, the fluorophores should have chemical structures which confer solubility in water, as well as must contain functional groups, charge or other specific characteristics that allow covalent and/or non-covalent labelling of biomolecules. The benzo[a]phenoxazines, polycyclic oxazine derivatives, shows interesting physicochemical and photophysical characteristics and have been used for the covalent and non-covalent labelling of amino acids, proteins and nucleic acids. Considering these aspects and the relevance of this subject, the initial objective of this work was the synthesis of two new series of benzophenoxazinium chlorides having different substituents in polycyclic system. Thus, the first series of compounds have at position 9 a mono- or disubstituted amine with 3-chloropropyl and in position 5 a monosubstituted amine with various terminals including methyl, cyclohexyl and phenyl groups, two methylene groups as spacers. In the second series, benzophenoxazinium chlorides incorporating the structure of julolidine were obtained and, in addition, have a free amino or substituted phenyl group, or a methylene spacer functionalised with the hydroxyl group. It was also obtained a naphthophenoxazinium chloride containing the cyclic amine in its structure.The characterisation of the synthesised compounds was performed by IR, 1H and 13C NMR spectroscopic techniques.Given the potential importance of these compounds as fluorescent markers, particularly for biological applications, the photophysical properties of all the benzophenoxazinium and naphthophenoxazinium chlorides obtained were measured using UV-vis and fluorescence spectroscopy techniques. The absorption and emission spectra in ethanol and water at different concentrations, as well as in acidic and basic conditions in the tested solvents were obtained