Síntesis de derivados porfirínicos para el auto-ensamblaje de polímeros supramoleculares bidimensionales

Abstract

[spa] El estudio y control de procesos de autoensamblaje es de vital importancia para el desarrollo de nuevos materiales con propiedades óptico-electrónicas o el diseño de máquinas moleculares. Este trabajo explora la posibilidad de formación de polímeros supramoleculares basados en derivados de porfirina de cobalto. Se plantean dos estrategias: (I) el uso de una porfirina de Co soluble en agua como punto de unión de un ligando tetravalente, para generar polímeros bidimensionales solubles. (II) El uso de una porfirina de Co anfifílica incorporada a una membrana lipídica, como matriz para el autoensamblaje de polímeros mono y bidimensionales. Como referente previo a este trabajo, se llevará a cabo la obtención y caracterización (mediante espectroscopia UV-Vis y AFM) del polímero supramolecular formado por metaloporfirina de cobalto (CoP) y 4,4’-bipiridina (Bpy). Posteriormente, se investiga la solubilidad del ligando tetravalente (porfirina PBpy) y su interacción con CoP mediante espectroscopia de UV-Vis. Se comprueba que la porfirina anfifílica (CoPC) se incorpora en membranas lipídicas y, en ausencia de lípidos, forma nanopartículas autoensambladas (NAE). A continuación, se investiga la interacción de la porfirina de cobalto anfifílica (CoPC) en sus dos formas (NAE o incorporada en membranas lipídicas) con el ligando Bpy, detectándose el papel que desempeña el efecto quelato en la formación de complejos porfirina-ligando. Se investiga por último la posibilidad de que tanto nanopartículas de CoPC como CoPC incorporado en membranas lipídicas actúen como núcleos para la formación de polímeros supramoleculares de doble hebra, en los cuales participan la porfirina soluble CoP y el ligando BPy. Los resultados muestran que la formación de polímeros supramoleculares entre tetravalente PBpy y porfirina soluble CoP está desfavorecida por la pobre solubilidad de PBpy, aunque la interacción es fuerte. Por otro lado, los experimentos con CoPC, tanto como nanopartícula o en membranas lipídicas, muestran potencial para la formación de polímeros supramoleculares soportados en membranas para el autoensamblaje de matrices tridimensionales centradas en vesículas o nanopartículas

[cat] L’estudi i control dels processos d’autoensamblatge és de vital importància pel desenvolupament de nous materials amb propietats òptic-electròniques o el disseny de màquines moleculars. Aquest treball explora la possibilitat de formació de polímers supramoleculars basats en derivats de porfirina de cobalt. Es plantegen dues estratègies: (I) l’ús d’una porfirina de cobalt soluble en aigua coma punt d’unió d’un lligand tetravalent, per generar polímers bidimensionals solubles. (II) L’ús d’una porfirina de cobalt amfifílica incorporada a una membrana lipídica, com a matriu per al autoensamblatge de polímers mono i bidimensionals.Com a referent previ a aquest treball, es durà a terme l’obtenció i caracterització (mitjançant espectroscòpia UV-Vis i AFM) del polímer supramolecular format per la metal·lo porfirina de cobalt (CoP) i 4,4’-bipiridina (Bpy). Posteriorment s’investiga la solubilitat del lligand tetravalent (porfirina PBpy) i la seva interacció amb CoP, mitjançant espectroscòpia UV-Vis. Es comprova que la porfirina amfifílica (CoPC) s’incorpora a membranes lipídiques i, en anuència de lípids, forma nanopartícules 2 autoensamblades (NAE). A continuació s’investiga la interacció de CoPC en les seves dues formes (NAE o incorporada a membranes amfifíliques) amb el lligand Bpy, detectant-se el paper que exerceix l’efecte quelat en la formació de complexos porfirina-lligand. Per últim s’investiga la possibilita de que tant NAE de CoPC com CoPC incoroporat a membranes lipídiques actuïn coma nuclis per la formació de polímers supramoleculars de doble cadena, en els quals participen la porfirina soluble CoP i el lligand Bpy. Els resultats mostren que la formació de polímers supramoleculars entre PBpy tetravalent i la porfirina CoP està desfavorida degut a la pobre solubilitat de PBpy, encara que la interacció es forta. Per altra banda, els experiments amb CoPC, tant amb NAE com a membranes lipídiques, mostren potencial per a la formació de polímers supramolculars suportats en membres per al autoensamblatge de matrius tridimensionals centrades en nanopartícules o vesícules

[eng] The study and control of self-assembly processes is crucial for the development of new materials with optoelectronic properties or the design of molecular machines. This work explores the possibility of forming supramolecular polymers based on cobalt porphyrin derivatives. Two strategies are proposed: (I) the use of a water-soluble Co porphyrin as a binding point for a tetravalent ligand to generate soluble two-dimensional polymers. (II) The use of an amphiphilic Co porphyrin incorporated into a lipid membrane as a matrix for the self-assembly of one- and two-dimensional polymers. As a preliminary reference for this work, the formation and characterization (through UV-Vis spectroscopy and AFM) of the supramolecular polymer formed by cobalt metalloporphyrin (CoP) and 4,4'-bipyridine (Bpy) will be done. Subsequently, the solubility of the tetravalent ligand (PBpy porphyrin) and its interaction with CoP will be investigated using UV-Vis spectroscopy. It is confirmed that the amphiphilic porphyrin (CoPC) incorporates into lipid membranes and, in the absence of lipids, forms self-assembled nanoparticles (NAE). The interaction of the amphiphilic cobalt porphyrin (CoPC) in its two forms (NAE or incorporated into lipid membranes) with the Bpy ligand will then be studied, detecting the role of the chelate effect in the formation of porphyrin-ligand complexes. Lastly, the possibility that both CoPC nanoparticles and CoPC incorporated into lipid membranes act as nuclei for the formation of double-stranded supramolecular polymers, involving the soluble porphyrin CoP and the BPy ligand, will be investigated. The results show that the formation of supramolecular polymers between tetravalent PBpy and soluble CoP is hindered by the poor solubility of PBpy, despite strong interaction. On the other hand, experiments with CoPC, both as nanoparticles and in lipid membranes, demonstrate potential for the formation of membrane-supported supramolecular polymers for the self-assembly of three-dimensional matrices centered around vesicles or nanoparticles