Derivados de quinoxalina 5,8-π-estendida como bons cromóforos para aplicações em fotoluminescência

Abstract

Neste trabalho, são descritos a síntese, caracterização e o estudo de propriedades térmicas e fotofísicas de materiais líquido-cristalinos contendo o heterociclo quinoxalina, cujos derivados são conhecidos por apresentarem bom desempenho na construção de polímeros e OLEDs, além de exibirem pronunciada atividade biológica. Para obter novos cristais líquidos, é proposta a funcionalização da quinoxalina nas posições 5 e 8, variando os grupos periféricos acoplados em função do comprimento da cadeia alquílica. As características estruturais das moléculas propostas são capazes de apresentar mesomorfismo calamítico e propriedades luminescentes. A rota sintética para preparação dos compostos-alvo inicia com o 4,7-dibromo 2,1,3-benzotiadiazol e envolve uma reação de extrusão redutiva de enxofre, seguida pela ciclização com glioxal. A etapa final de acoplamento cruzado de Sonogashira permite obter os desejados compostos com estrutura π-estendida. As moléculas sintetizadas foram caracterizadas por técnicas espectroscópicas e espectrométricas. As propriedades térmicas foram avaliadas por DSC, TGA e MOLP, além de estudos como DRX. Os compostos finais exibiram mesofases líquido-cristalinas nemáticas e esméticas, típicas de cristais líquidos calamíticos. As propriedades fotofísicas foram estudadas por espectros de absorção e emissão em solução em clorofórmio, sendo possível observar intensa luminescência verde quando irradiado com luz UV-vis. A eficiência da fotoluminescência foi avaliada por rendimento quântico relativo em solução, e o estudo de tempo de vida dos elétrons permitiu a caracterização do processo como fluorescência. O solvatocromismo também foi estudado, aplicando a equação de Lippert-Mataga, a fim de avaliar a influência da polaridade do solvente nas propriedades ópticas. Estudos para determinar a capacidade de atuação como sonda fluorescente foram realizados por meio da interação de derivados da quinoxalina com diferentes metais. As propriedades fotofísicas dos materiais também foram investigadas em fase sólida, empregando se espectros de absorção e emissão e rendimento quântico absoluto. A avaliação da influência do aquecimento nas propriedades óticas foi verificada, assim como a morfologia dos filmes finos. Cálculos teóricos, por meio de DFT, permitiram a comparação dos dados experimentais com os valores teóricos.

In this work, the synthesis, characterization and the study of thermal and photophysical properties of liquid-crystalline materials containing quinoxaline heterocycle are described. Those derivatives are known to present good performance in the construction of polymers, OLEDs and exhibit pronounced biological activity. To obtain new liquid crystals it is proposed the functionalization of the heterocycle at positions 5 and 8, varying the coupled peripheral groups as a function of the alkyl chain length. The structural characteristics of the proposed molecules are capable of presenting calamitic mesomorphism and luminescent properties. The synthetic route to prepare the final compounds begins with the 4,7-dibromo-2,1,3-benzothiadiazole compound, and involves reductive sulfur extrusion reaction, followed by cyclization using glyoxal. The final step of Sonogashira cross-coupling reaction allows obtaining the desired π-extended compounds. The synthesized molecules were characterized by spectroscopic techniques. The thermal properties were evaluated by DSC, TGA and MOLP, in addition to studies such as DRX. The final compounds exhibited nematic and smectic liquid-crystalline phases, typical for calamitic structures. The photophysical properties were studied by absorption and emission spectra in solution in chloroform, and it was possible to observe intense green luminescence when irradiated with UV-Vis light. The efficiency of the photoluminescence was evaluated by relative quantum yield in solution and the electrons lifetime study allows characterizing this process as fluorescence. In addition, solvatochromism was studied, applying the Lippert-Mataga equation, in order to evaluate the influence of the polarity of the solvent on the optical properties. Studies to determine the ability to act as a fluorescent sensor were performed through the interaction of quinoxaline derivatives with different metals. The photophysical properties of these materials were also investigated in solid phase by absorption and emission spectra and absolute quantum yield. The evaluation of the influence of heating in the optical properties was verified as well as the morphology of the thin films. Theoretical calculations, through DFT, allowed the comparison of the experimental data with the theoretical values.