Steroselective synthesis of imidazolidin-4-ones from α-amino amides of the antimalarial primaquine and substituted benzaldehydes

Imidazolidin-4-ones are commonly employed as skeletal modifications in bioactive oligopeptides, either as proline surrogates or for protection of the N-terminal amino acid against aminopeptidase-catalysed hydrolysis . We have been working on the synthesis of imidazolidin-4-ones of the antimalarial primaquine , through acylation of primaquine with an α-amino acid and subsequent reaction of the resulting α-aminoamide with a ketone or aldehyde. Thus, when using racemic primaquine, an optically pure chiral α-amino acid and an aldehyde as starting materials, four imidazolidin-4-one diastereomers are to be expected (Scheme 1). However, we have recently observed that imidazolidin-4-one synthesis was stereoselective when 2-carboxybenzaldehyde (2CBA)* was used, as only two diastereomers were produced2. Computational studies have shown that the imine formed prior to ring closure had, for structures derived from 2CBA, a quasi-cyclic rigid structure2. This rigid conformation is stabilized by an intramolecular hydrogen bond involving the C=O oxygen atom of the 2-carboxyl substituent in 2CBA and the N-H group of the α-amino amide moiety2. These findings led us to postulate that the 2-carbonyl substituent in the benzaldehyde moiety was the key for the stereoselective synthesis of the imidazolidin-4-ones2.

Estudo da obtenção de gelatina a partir de raspa Wet-Blue da indústria de curtumes

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Produção de bioetanol a partir de um resíduo orgânico proveniente da central de compostagem da LIPOR

Mestrado em Engenharia Química

Estudo da influência das condições de armazenamento nas propriedades e composição do biodiesel

O objectivo deste trabalho era a determinação da influência das condições de armazenamento do biodiesel nas suas propriedades e composição. Para isso foi produzido biodiesel a partir de óleo alimentar usado e armazenado em diferentes condições. O biodiesel foi colocado em frascos de vidro e dividido em três grupos diferentes de temperatura. O primeiro foi colocado a uma temperatura de 6ºC (frigorifico) com frascos fechados e expostos ao ar e água. O segundo grupo foi colocado a uma temperatura de 40ºC (banho termostático) com frascos fechados, abertos ao ar e abertos ao ar e água. O terceiro e ultimo grupo foi colocado à temperatura ambiente (18,6

Flow amperometric determination of carbofuran and fenobucarb

A simple, rapid, and precise amperometric method for quantification of N-methylcarbamate pesticides in water samples and phytopharmaceuticals is presented. Carbofuran and fenobucarb are the target analytes. The method is developed in flow conditions providing the anodic oxidation of phenolic-based compounds formed after alkaline hydrolysis. Optimization of instrumental and chemical variables is presented. Under the optimal conditions, the amperometric signal is linear for carbofuran and fenobucarb concentrations over the range of 1.0*10-7 to 1.0*10-5 molL-1, with a detection limit of about 2 ngmL-1. The amperometric method is successfully applied to the analysis of spiked environmental waters and commercial formulations. The proposed method allows 90 samples to be analysed per hour, using 500 mL of sample, and producing wastewaters of low toxicity. The proposed method permits determinations at the mgL 1 level and offers advantages of simplicity, accuracy, precision, and applicability to coloured and turbid samples, and automation feasibility.

Electroanalytical determination of oxadiazon and characterization of its base-catalyzed ring-opening products

The electrochemical behavior of the hydrolysis products of oxadiazon was studied by cyclic and square-wave voltammetry using a glassy carbon electrode. Maximum currents were obtained at pH 12.8 in an aqueous electrolyte solution containing 30% ethanol and the current did not decrease with time showing that there was little adsorption of the reaction products on the electrode surface. The hydrolysis products of oxadiazon were identi®ed, after isolation and puri®cation, as 1-trimethylacetyl-2-(2,4-dichloro-5-isopropoxyphenyl)-2-ethoxycarbonylhydrazine (Oxa1) and 1-trimethylacetyl-2-(2,4-dichloro-5-isopropoxyphenyl) hydrazine (Oxa2) with redox potentials 0.6Vand 70.1V (vs. Ag=AgCl), respectively. Based on the electrochemical behavior of 1-trimethylacetyl-2-(2,4-dichloro-5-isopropoxyphenyl) hydrazine (Oxa2) a simple electroanalytical procedure was developed for the determination of oxadiazon in commercial products used in the treatment of rice crops in Portugal that contain oxadiazon as the active ingredient. The detection limit was 161074 M, the mean content and relative standard deviation obtained for seven samples of two different commercial products by the electrochemical method were 28.4 0.8% (Ronstar) and 1.9 0.2% (Ronstar GR), and the recoveries were 100.3 5.4% and 101.1 5.3 %, respectively.

Voltammetric oxidation of drugs of abuse III. Heroin and metabolites

The oxidative behavior of heroin in aqueous solution is reported. In order to identify its oxidation peaks, several metabolites, 6-monoacetylmorphine, 3-monoacetylmorphine and norheroin, were synthesized and their electrochemical behavior studied using differential pulse voltammetry. The anodic waves observed for heroin correspond to the oxidation of the tertiary amine group and its follow-up product (secondary amine), and to the oxidation of the phenolic group obtained from hydrolysis, at alkaline pHs, of the 3-acetyl group. The results enabled a new oxidative mechanism for heroin to be proposed in which a secondary amine, norheroin, and an aldehyde are obtained. The voltammetric behavior of 6-monoacetylmorphine and morphine was found to be similar demonstrating that the presence of an acetyl substituent on the 6-hydroxy group does not have a relevant influence on the peak potential of the wave resulting from oxidation of the 3-phenolic group.

Amperometric and spectrophotometric determination of carbaryl in natural waters and commercial formulations

The work presented describes the development and evaluation of two flow-injection analysis (FIA) systems for the automated determination of carbaryl in spiked natural waters and commercial formulations. Samples are injected directly into the system where they are subjected to alkaline hydrolysis thus forming 1-naphthol. This product is readily oxidised at a glassy carbon electrode. The electrochemical behaviour of 1-naphthol allows the development of an FIA system with an amperometric detector in which 1-naphthol determination, and thus measurement of carbaryl concentration, can be performed. Linear response over the range 1.0×10–7 to 1.0×10–5 mol L–1, with a sampling rate of 80 samples h–1, was recorded. The detection limit was 1.0×10–8 mol L–1. Another FIA manifold was constructed but this used a colorimetric detector. The methodology was based on the coupling of 1-naphthol with phenylhydrazine hydrochloride to produce a red complex which has maximum absorbance at 495 nm. The response was linear from 1.0×10–5 to 1.5×10–3 mol L–1 with a detection limit of 1.0×10–6 mol L–1. Sample-throughput was about 60 samples h–1. Validation of the results provided by the two FIA methodologies was performed by comparing them with results from a standard HPLC–UV technique. The relative deviation was <5%. Recovery trials were also carried out and the values obtained ranged from 97.0 to 102.0% for both methods. The repeatability (RSD, %) of 12 consecutive injections of one sample was 0.8% and 1.6% for the amperometric and colorimetric systems, respectively.

Electroanalytical study of the pesticide ethiofencarb

A detailed study of voltammetric behavior of ethiofencarb (ETF) is reported using glassy carbon electrode (GCE) and hanging mercury drop electrode (HMDE). With GCE, it is possible to verify that the oxidative mechanism is irreversible, independent of pH, and the maximum intensity current was observed at +1.20 V vs. AgCl/Ag at pH 1.9. A linear calibration line was obtained from 1.0x10-4 to 8.0x10-4 mol L-1 with SWV method. To complete the electrochemical knowledge of ETF pesticide, the reduction was also explored with HMDE. A well-defined peak was observed at –1.00V vs. AgCl/Ag in a large range of pH with higher signal at pH 7.0. Linearity was obtained in 4.2x10-6 and 9.4x10-6 mol L-1 ETF concentration range. An immediate alkaline hydrolysis of ETF was executed, producing a phenolic compound (2-ethylthiomethylphenol) (EMP), and the electrochemical activity of the product was examined. It was deduced that it is oxidized on GCE at +0.75V vs. AgCl/Ag with a maximum peak intensity current at pH 3.2, but the compound had no reduction activity on HMDE. Using the decrease of potential peak, a flow injection analysis (FIA) system was developed connected to an amperometric detector, enabling the determination of EMP over concentration range of 1.0x10-7 and 1.0x10-5 mol L-1 at a sampling rate of 60 h-1. The results provided by FIA methodology were performed by comparison with results from high-performance liquid chromatography (HPLC) technique and demonstrated good agreement with relative deviations lower than 4%. Recovery trials were performed and the obtained values were between 98 and 104%.

Quantificação de polifosfatos no bacalhau. Validação de um método de análise

O bacalhau (Gadus morhua) faz parte da dieta alimentar dos portugueses há vários séculos, sendo atualmente, um dos maiores consumidores deste peixe a nível mundial. Após o processo de salga, esta espécie possui características únicas como a consistência, cheiro, paladar e cor amarela. É precisamente devido à coloração do peixe que alguns produtores da Islândia, Noruega e Dinamarca requisitaram às autoridades da União Europeia (UE) a aprovação da utilização de polifosfatos no processo de salga húmida do bacalhau. Os polifosfatos são aditivos alimentares bastante usados no processamento do pescado pois previnem a oxidação dos lípidos e proteínas do músculo do bacalhau, evitando assim a indesejada mudança de cor do peixe. Apesar dos esforços da Associação dos Industriais do Bacalhau (AIB) e do governo português para a rejeição da proposta nórdica, tal não se verificou. Deste modo, no início do próximo ano já será possível a venda na UE de bacalhau com fosfatos. A quantificação do teor de fosfatos no bacalhau é geralmente efetuada por Espetrofotometria de absorção molecular no ultravioleta-visível (UV-Visível). Esta quantificação é baseada no método de determinação do fósforo total, através da hidrólise dos fosfatos a ortofosfatos com posterior medição da cor amarela, gerada pela reação destes com uma solução de molibdato-vanadato. O objetivo desta dissertação foi a validação de um método de análise para a quantificação dos polifosfatos no bacalhau. O método validado foi o descrito na norma NP 4495 para produtos de pesca e aquicultura. O desenvolvimento deste trabalho foi realizado em laboratório acreditado para águas e produtos alimentares (Equilibrium - Laboratório de Controlo de Qualidade e de Processos Lda, L0312). Foi ainda determinada a influência do teor de cloreto de sódio na quantificação dos polifosfatos e o teor de humidade, uma vez que este pode afetar o produto durante a sua comercialização. No processo de validação do método foram estudados diversos parâmetros, tais como a seletividade, linearidade, sensibilidade, limite de quantificação e precisão. Pela análise dos resultados obtidos conclui-se que o método para determinação de fosfatos no bacalhau se encontra validado, uma vez que satisfaz todas as especificações determinadas para cada parâmetro de validação avaliado.

SPE-LC-FD Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Monohydroxy Derivatives in Cephalopods

A new analytical methodology, based on liquid chromatography with fluorescence detection (LC-FD), after extraction, enzymatic hydrolysis, and solid-phase extraction (SPE) through Oasis HLB cartridges, was developed and validated for the simultaneous determination of three monohydroxy derivatives of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The optimized analytical method is sensitive, accurate, and precise, with recoveries between 62 and 110% and limits of detection of 227, 9, and 45 ng/g for 1-hydroxynaphthalene, 2-hydroxyfluorene, and 1-hydroxypyrene, respectively. Their levels were estimated in different cephalopod matrices (edible tissues and hemolymph). The methodology was applied to samples of the major cephalopod species consumed worldwide. Of the 18 samples analyzed, 39% were contaminated with 1-hydroxynaphthalene, which was the only PAH metabolite detected. Its concentration ranged from 786 to 1145 ng/g. This highly sensitive and specific method allows the identification and quantitation of PAH metabolites in forthcoming food safety and environmental monitoring programs.

Sustainability Evaluation of Biodiesel Produced from Microalgae Chlamydomonas sp Grown in Brewery Wastewater

This study performs a sustainability evaluation of biodiesel from microalga Chlamydomonas sp. grown in 20 % (v/v) of brewery’s wastewater, blended with pentose sugars (xylose, arabinose or ribose resulting from the hydrolysis of brewer’s spent grains (BSG). The life cycle steps considered for the study are: microalgae cultivation, biomass processing and lipids extraction at the brewery site, and its conversion to biodiesel at a dedicated external biofuel’s plant. Three sustainability indicators (LCEE, FER and GW) were considered and calculated using experimental data. Literature data was used, whenever necessary, to complement life cycle data, thus allowing a more accurate sustainability evaluation. A comparative analysis of the biodiesel life cycle steps was also conducted, with the main goal of identifying which steps need to be improved. Results show that biomass processing, especially cell harvesting, microalgae cultivation, and lipids extraction are the main process bottlenecks. It is also analysed the influence on the microalgae biodiesel sustainability of adding each pentose sugar to the cultivation media, concluding that it strongly influences the biomass and lipid productivity. In particular, the addition of xylose is preferable in terms of lipid productivity, but from a sustainability point of view, ribose is the best, though the difference from xylose is not significant. Nevertheless, culture without pentose addition presents the best sustainability results.

Produção de óleos e fillers proteicos a partir da raspa tripa da indústria de curtumes

A indústria de curtumes é fortemente geradora de resíduos sólidos e águas residuais pelo que a necessidade de criar alternativas para a sua valorização e minimização é premente e constante. Este trabalho teve, como principal objectivo, o aproveitamento da raspa tripa, resíduo da indústria de curtumes. Para tal, a raspa tripa foi sujeita a um processo de hidrólise térmica e/ou enzimática para obtenção de gordura e hidrolisado proteico. Na hidrólise da raspa tripa foi estudada a influência de vários factores como a quantidade de enzima e de água, a temperatura e o tempo. Constatou-se que foi para a temperatura de 60ºC, um tempo de quatro horas, uma quantidade de 2% de enzima e 100% de água, relativamente à massa de raspa utilizada, que se obteve o melhor resultado com um rendimento de extracção de 93%. A partir da gordura obtida foram produzidos óleos por sulfatação e sulfitação, designados por óleos sulfatados e sulfitados, respectivamente. O hidrolisado proteico obtido foi concentrado por evaporação para aumentar o seu teor de sólidos totais. Com este foram produzidos gluproteicos e fillers, por acção de glutaraldeído e do efeito sinérgico de outros produtos. Os óleos, o hidrolisado concentrado e seus derivados foram testados no processo de engorduramento e recurtume do couro. A avaliação dos resultados foi realizada por comparação dos resultados dos testes físico-mecânicos das amostras de pele obtidas com valores de referência e por comparação com um ensaio padrão em que se utilizaram produtos de referência do mercado. Os resultados foram muitos satisfatórios visto que foram superiores aos valores de referência e também superiores aos valores obtidos para o padrão salvo raras excepções. Reconheceu-se assim a aplicabilidade destes produtos no processo de recurtume e engorduramento que também corresponderam no que respeita a características importantes do couro como a firmeza de flor e o toque. No decorrer do trabalho constatou-se que as peles tratadas com hidrolisado proteico apresentavam uma cor mais intensa, pelo que se efectuou um estudo de colorimetria através do método CIELAB. Comprovou-se que o hidrolisado proteico e os gluproteicos quando utilizados no processo de recurtume, por substituição do Fortan A40, intensificam a cor da pele. A valorização da raspa tripa resulta numa dupla vantagem para a indústria dos curtumes. Se por um lado diminui o impacto ambiental que esta origina, por outro lado possibilita a produção de produtos que podem ser substitutos de outros produtos químicos que têm que ser adquiridos por esta indústria.

Remediação Ambiental

A agricultura é uma das atividades mais antigas realizadas pelo Homem, sendo de grande importância para a obtenção tanto de bens alimentares como de bens para outros fins. No entanto desde o início constatou-se que as culturas eram afetadas por pragas e doenças que levavam à perda das colheitas. Este motivo deu origem à necessidade de nesses termos surgiu a aplicação de substâncias com o objetivo de proteger as colheitas. Os pesticidas são substâncias naturais ou sintéticas, aplicadas com o objetivo de proteger as plantas eliminando pragas e doenças. Para além da potencial toxicidade destas substâncias, em alguns casos a sua degradação no meio ambiente por microrganismos, hidrólise, radiação solar, etc. dá origem a produtos de degradação tanto ou mais tóxicos que os próprios pesticidas. A utilização deste tipo de substâncias acarreta problemas, visto a sua aplicação ser feita de forma a compensar perdas que ocorrem por meio de degradação, lixiviação, entre outros processos. Este tipo de aplicação leva a que haja contaminação do meio ambiente por parte dos pesticidas, pondo em risco tanto a saúde humana como os restantes seres vivos. A utilização de ciclodextrinas no encapsulamento destes compostos tem como objetivo aumentar a estabilidade do composto e promover a sua libertação de forma controlada. No presente trabalho pretende-se efetuar um estudo comparativo sobre a fotodegradação do herbicida terbutilazina e do fungicida pirimetanil livres e quando encapsulados com 2- hidroxipropil-β- ciclodextrina. De forma a quantificar os pesticidas ao longo do estudo foi utilizado o método analítico de HPLC de fase reversa. Os resultados permitiram constatar que a terbutilazina é fotoquimicamente estável, nas condições aplicadas, visto que ao fim de 75 dias de as soluções de pesticida livre em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial e as soluções de pesticida encapsulado em água desionizada e em água do rio apresentarem ainda 98% do pesticida inicial. Neste caso particular não foi possível, no intervalo de tempo considerado, avaliar a influência do encapsulamento no processo de fotodegradação da terbutilazina. Dada a baixa fotodegradação observada optou-se pela adição de peróxido de hidrogénio às soluções de controlo e 35 mM de HP-β-CD e acetona às soluções de 0 mM e 17,5 mM de HP-β-CD, para tentar promover a degradação do pesticida. Através dos resultados obtidos constatou-se que particularmente para as soluções onde foi adicionada acetona houve um aumento da velocidade de degradação no entanto esta ainda ocorria de forma lenta e muito semelhante quer para o pesticida livre quer para o encapsulado. Relativamente ao estudo da fotodegradação do pirimetanil verificou-se que ao fim de 4 dias de irradiação as soluções de pesticida livre apresentavam já alguma degradação do pesticida e tendo o período de irradiação uma duração de 53 dias foi possível para este pesticida determinar os parâmetros cinéticos em algumas das soluções. Quanto as soluções de água desionizada e água do rio com pirimetanil livre ambas apresentaram degradação do pesticida verificando-se uma cinética de reação de 1ª ordem com constantes de 0,0018 dias-1 e de 0,0060 dias-1 respetivamente. Para a solução de água desionizada com pirimetanil encapsulado não foi detetada degradação do pesticida, já para a solução com pirimetanil encapsulado em água do rio verificou-se a existência de degradação que correspondeu a uma cinética de degradação de 1ª ordem com uma constante de 0,0013 dias-1. Através dos resultados obtidos pode-se concluir que o encapsulamento do pirimetanil com 2-hidroxipropil-β-ciclodextrina é vantajoso visto diminuir a quantidade de pesticida utilizado e aumentar a eficácia do controlo das pragas.

Valorização da Drêche Cervejeira: Fermentação de Pentoses

O presente trabalho tem como objetivo a otimização da etapa de fermentação dos açúcares obtidos a partir da drêche cervejeira para produção do bioetanol através da utilização das leveduras Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NCYC 2791 como agentes fermentativos. O meio de cultura usado para manter as culturas destas leveduras foi Yeast Extract Peptone Dextrose (YEPD). O principal propósito deste trabalho foi o de encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, pautando-se por soluções inofensivas para o meio ambiente e sustentáveis. Assim, o trabalho está dividido em quatro etapas: 1) caraterização química e biológica da drêche; 2) pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática para primeiramente quebrar as moléculas de lenhina que envolvem os polímeros de celulose e hemicelulose e em seguida romper as ligações poliméricas destas macromoléculas por ação enzimática e transforma-las em açúcares simples, respetivamente, obtendo-se então a glucose, a maltose, a xilose e a arabinose; e, por último, 3) otimização da etapa de fermentação da glucose, maltose e das pentoses que constitui a condição essencial para se chegar à síntese do bioetanol de um modo eficiente e sustentável e 4) a recuperação do bioetanol produzido por destilação fracionada. A quantificação dos açúcares libertados no processo foi feita recorrendo a análises por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste estudo foram identificados e quantificados cinco açúcares: Arabinose, Glucose, Maltose, Ribose e Xilose. Na etapa de pré-tratamento e hidrólise enzimática foram usados os ácidos clorídrico (HCl) e nítrico (HNO3) com a concentração de 1% (m/m), e as enzimas Glucanex 100g e Ultraflo L. Foram testadas seis condições de pré-tratamento e hidrólise enzimática, alterando os parâmetros tempo de contacto e razão enzimas/massa de drêche, respetivamente, e mantendo a temperatura (50 ºC), velocidade de agitação (75 rpm) e concentração dos ácidos (1% (m/m)). No processamento de 25 g de drêche seca com 0,5 g de Glucanex, 0,5 mL de Ultraflo e um tempo de reação de 60 minutos para as enzimas foi obtida uma eficiência de 15%, em hidrolisado com 6% da celulose. Realizou-se a fermentação do hidrolisado resultante do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática de drêche cervejeira e de meios sintéticos preparados com os açúcares puros, usando as duas estirpes selecionadas para este estudo: Pichia stipitis NCYC 1541 e Kluyveromyces marxianus NYCY 2791. As eficiências de fermentação dos açúcares nos meios sintéticos foram superiores a 80% para ambas as leveduras. No entanto, as eficiências de fermentação do hidrolisado da drêche foram de 45,10% pela Pichia stipitis e de 36,58 para Kluyveromyces marxianus, para um tempo de fermentação de 72 horas e à temperatura de 30 °C. O rendimento teórico em álcool no hidrolisado da drêche é de 0,27 g/g, três vezes maior do que o real (0,0856 g/g), para Pichia stipitis e de 0,19 g/g seis vezes maior do que o real (0,0308 g/g), para a Kluyveromyces marxianus.