Synthesis and characterization of new porphyrin- fullerene architectures and their potential applications for photocurrent generation

In this work new porphyrin-fullerene architectures will be presented, these new porphyrinfullerene compounds are developed taking in consideration the main typologies of interaction between the two chromophores reported in literature. In particular my attention was focused in the synthesis and characterization of new β-modified porphyrin-fullerene compounds in order to evaluate how such type of connection, altering the chemico-physical properties of the porphyrin moiety, can influence energy and electron-transfer processes. Ethynylenephenylene subunit was chosen as molecular spacer between porphyrin and fullerene. Due to its electronic properties these type of molecular bridges should offer quite good electronic coupling between the two chromophores. Under the light of these considerations different porphyrin-wirefullerene systems bearing a molecular bridge of different length, their corresponding zinc complexes and reference compounds were synthesized and characterized (MALDI-TOF and FAB mass spectra, 1H and 13C NMR, Fluorescence, Cyclic Voltammetry). New cyclic porphyrin-fullerene bis-adducts are also synthesized and partially characterized and several efforts are dedicated to introduce coordinating groups into porphyrin-fullerene systems in order to have self-assembling molecular wires, containing already photoactive units, able to give energy and electron-transfer. The presence of a coordinating group such as pyridyl group has offered the possibility to further functionalize the porphyrin-fullerene systems with the aim to suggest potential applications to build up molecular devices useful for photocurrent generation.

In questo lavoro verranno presentate nuove diadi porfirina-fullerene, questi nuovi composti sono stati sviluppati prendendo spunto dalle possibili diverse tipologie di interazione tra i due sopraindicati cromofori, riportate in letteratura. In particolare la mia attenzione è stata focalizzata sulla sintesi e caratterizzazione di nuovi composti porfirina-fullerene, contenenti una molecola “linker” direttamente legata nelle posizioni β-pirroliche della porfirina stessa, allo scopo di verificare come questo tipo di connessione, alterando le proprietà chimico-fisiche del macrociclo tetrapirrolico, influenzasse i processi di trasferimento energetico ed elettronico. Come subunità base spaziatrice tra porfirina e fullerene è stata scelta l’unità etinilenefenilenica; per le sue proprietà elettroniche questo tipo di “ponte molecolare” dovrebbe garantire un accoppiamento elettronico abbastanza buono tra i cromofori in questione. Alla luce di queste considerazioni sono stati sintetizzati nuovi sistemi porfirina-fullerene recanti “ponti molecolari” di diversa lunghezza interposti tra i due cromofori. Tali composti sono stati caratterizzati e studiati attraverso misure di spettrometria di massa (MALDI-TOF e FAB), risonanza magnetica (1H e 13C NMR), fluorescenza e voltammetria ciclica. Inoltre, nuovi bis addotti ciclici porfirina-fullerene sono stati sintetizzati e parzialmente caratterizzati e diversi sforzi sono stati fatti per introdurre un gruppo coordinante nei nuovi sistemi porfirina-fullerene, allo scopo di ottenere fili molecolari “auto assemblanti” contenenti unità già attive da un punto di vista fotochimico. La presenza di un gruppo coordinante, come appunto un piridile, ha offerto la possibilità di funzionalizzare ulteriormente i sistemi porfirina-fullerene, con il proposito di suggerire un potenziale campo di applicazione dei nuovi sistemi sintetizzati: la produzione di dispositivi molecolari per la generazione di corrente fotoindotta.