Os trabalhos relativos às porfirinas supermoleculares
obtidas pela coordenação de quatro grupos [Ru(bipy)2Cl]+
às M(TPyP) tiveram início no início da década
de 90, com a preparação do derivado da porfirina base-livre,
tendo como objetivo estudar o efeito da interação entre a
porfirina e os complexos de rutênio periféricos sobre as propriedades
espectroscópicas, eletroquímicas e fotofísicas. A
coordenação dos complexos de bis-bipiridina rutênio(II)
se mostrou muito conveniente, pois as supermoléculas resultantes
são solúveis em vários solventes facilitando o desenvolvimento
de metodologias para a preparação de interfaces moleculares
baseadas nessas supermoléculas.
A coordenação de compostos de coordenação
aos nitrogênios da meso-tetrapiridilporfirinas não altera
apenas as propriedades espectroscópicas, eletroquímicas e
de reatividade, mas também pode provocar profundas alterações
na solubilidade e nas interações intermoleculares. Assim,
verificou-se desde o início dos estudos, que a coordenação
de grupos [Ru(bipy)2Cl]+ torna os M(4-TPyP)s solúvel
em vários solventes, inclusive água, dependendo do contra-íon
utilizado. Os cloreto são bastante solúveis em água,
metanol, etanol e DMF, mas insolúveis em acetona, diclorometano
e outros solventes orgânicos menos polares. Por outro lado, os trifluorometanossulfonatos
são pouco solúveis em água, mas solúveis em
metanol, etanol, DMF e acetonitrila. Além disso, foi observado que
filmes moleculares bastante homogêneos são formados quando
soluções metanólicas de [M(TRPyP)](TFMS)4
são deixadas evaporar ao ar, principalmente quando o substrato é
carbono vítreo ou ITO.
Os filmes de Ni(TRPyP) foram estudados por espectroeletroquímica,
espectroscopia Raman ressonante e métodos eletroquímicos.
Os espectros eletrônicos dos filmes exibem perfis um pouco diferentes
daqueles em solução, principalmente devido ao alargamento
e hipocromismo da banda Soret, sendo dominados por um envelope de bandas
de absorção na faixa de 400 a 600 nm. Porém, o perfil
convencional de uma metaloporfirina é obtida após oxidação
dos complexos periféricos (gerando [RuIII(bipy)2Cl]2+,
devido ao desaparecimento da banda MLCT em torno de 490 nm. Além
disso, os espectros Raman ressonante do filme e do sólido disperso
em KNO3 foram praticamente idênticos, mostrando que não
houve alterações na estrutura da supermolécula com
a formação dos filmes.
Os voltamogramas cíclicos de eletrodos modificados
com filmes de Ni(TRPyP) exibem perfis típicos de ondas superficiais,
ou seja, apresentam uma onda reversível com Epa = 0,99
e Epc = 0,92 V em forma de sino e corrente de pico diretamente
proporcional à velocidade de varredura. As larguras à meia
intensidade das ondas anódica e catódica são iguais,
respectivamente, a 120 e 150 mV, sugerindo uma pequena interação
de repulsão entre os sítios.
A resposta voltamétrica dos EQMs sugere que a
transferência de elétrons no filme é relativamente
rápida, envolvendo todos os sítios redox. Mas, é pouco
provável que as supermoléculas possam se difundir e transferir
elétrons diretamente para o eletrodo, dada às suas dimensões
e estrutura. Logo, o transporte de elétrons no filme ocorre pelo
mecanismo redox ou por condução eletrônica. Os voltamogramas
cíclicos dos EQMs na presença de ferrocianeto apresentam
a onda de oxidação desta espécie somente no início
da onda de oxidação dos complexos de rutênio periféricos.
Isto claramente evidencia que os filmes são homogêneos e se
comportam como portas que podem ser abertas ou fechadas de acordo com o
potencial aplicado, de modo que o sistema comporta-se como um diodo. Consequentemente,
o mecanismo de condução através do filme deve
ocorrer pelo mecanismo redox.
Tendo em vista as características acima mencionadas,
eletrodos modificados com filmes de porfirinas polimetaladas têm
dois sítios eletrocataliticamente ativos no mesmo material, tornando
possível a detecção simultânea de mais de um
substrato, simplesmente alterando-se o potencial aplicado ao EQM.
Estudos nesse sentido utilizando vários
redutores, inclusive de interesse biológico foram realizados. Por
exemplo, NADH é um importante cofator, envolvido na atividade de
mais de 250 desidrogenases, e a dopamina é uma catecolamina envolvida
nos processos de neurotransmissão. Porém, a detecção
desses substratos por oxidação direta na superfície
de eletrodos convencionais é relativamente complicada dado aos problemas
de adsorção e/ou sobrepotenciais relativamente elevados.
A adsorção é um problema bastante comum, que pode
levar ao envenenamento do eletrodo. Assim, filmes de Co(TRPyP) foram explorados
como mediadores de transferência de elétrons, tendo se mostrado
bastante eficientes. Pode-se inferir que a oxidação do NADH
num eletrodo de carbono vítreo é relativamente lenta, pois
os voltamogramas estão significativamente alargados, com Epa
em torno de 0,75 V. Todavia, na presença do eletrodo modificado
com Co(TRPyP), o potencial de pico foi antecipado para cerca de 0,65 V.
Além disso, a onda de oxidação se tornou significativamente
mais intensa e fina, adquirindo o perfil de uma onda voltamétrica
reversível, controlada por difusão. A onda de oxidação
aparece no começo da onda de oxidação dos complexos
de rutênio periféricos a [RuIII(bipy)2Cl]2+,
sugerindo que esta espécie é um bom mediador de transferência
de elétrons para o NADH. Outros substratos de interesse tais como
sulfito, nitrito e fenol também foram explorados, tendo sido observado
uma grande atividade eletrocatalítica.