Dispositivos moleculares fluorescentes contendo receptores poliamínicos

O objectivo desta tese é a caracterização global de algumas famílias de compostos poliamínicos com grupos aromáticos fluorescentes. Estes têm potencial deaplicação como dispositivos moleculares, incluindo quimiossensores, interruptores moleculares,máquinas moleculares ou sistemas de processamento de informação moleculares. Estes compostos possuem poliaminas que podem actuar como unidades receptoras de várias espécies químicas, como protões, iões metálicos ou aniões, e os tornam solúveis em água. Contêm também grupos aromáticos fluorescentes (naftaleno, antraceno, pireno), que actuam como unidades sinalizadoras do estado do receptor. No Capítulo 1 são apresentados métodos de síntese e purificação de compostos poliamínicos, juntamente com descrições pormenorizadas das sínteses. Nos Capítulos 2 a 8 são caracterizados diversos compostos, quando livres em solução aquosa, e na presença de iões de metais de transição e de ATP. São usadas técnicas de espectrofotometria no UV-visível, espectrofluorimetria no estado estacionário e de contagem de fotão único correlacionada no tempo, complementadas com dados potenciométricos e de RMN fornecidos pelo grupo do Prof. Enrique García-España da Universidade de Valência, Espanha. No Capítulo 2 estudam-se compostos com grupos antraceno. Verifica-se supressão de emissão a pH básico, comum a todos os compostos poliamínicos, e caracterizam-se factores que influenciam nesse fenómeno. No Capítulo 3 analisam-se compostos de naftaleno. Verificam-se excímeros intramoleculares em compostos com dois grupos naftaleno. Para os formar ocorre um movimento fotoinduzido de flexão, pelo que esses compostos podem ser considerados máquinas moleculares. No Capítulo 4 estudam-se compostos com grupos pireno. Observam-se excímeros intramoleculares nos compostos com dois fluoróforos. No Capítulo 5 caracterizam-se compostos com dois grupos aromáticos diferentes(vários compostos com naftaleno e antraceno, um com pireno e antraceno e um com pireno e naftaleno). Verifica-se transferência de energia do grupo naftaleno para o antraceno (que parece evoluir de acordo com a teoria de Förster), de pireno para antraceno e de naftaleno para pireno. No Capítulo 6 examinam-se dois compostos de antraceno na presença de iões metálicos. Verifica-se aumento de emissão presença de Zn(II) e Cd(II), e supressão de emissão na presença de Cu(II) e Ni(II). Caracteriza-se o comportamento de um deles do ponto de vista de operações lógicas ao nível molecular. No Capítulo 7 caracteriza-se um composto de naftaleno na presença de vários iões metálicos. Verifica-se supressão de emissão com iões de metais de transição do 3ºperíodo com níveis na presença de Zn(II), Cd(II) e Al(III). Não se verifica efeito na presença de iões alcalinos, alcalino-terrosos, lantanídeos, Sn(II) e Pb(II). No Capítulo 8 estuda-se a interacção de compostos poliamínicos com ATP. Verifica-se em qualquer pH a ocorrência de empilhamento aromáticos do ATP e composto poliamínico, e ancoragem do grupo polifosfato do ATP com a poliamina. Verifica-se supressão de emissão do composto poliamínico a pH ácido, principalmente por transferência electrónica fotoinduzida do seu grupo aromático para o grupo adenina protonado do ATP. Num composto com antraceno e naftaleno, continua-se a verificar transferência de energia d incompletamente preenchidos, e com Hg(II), e aumento de emissãoπ-π entre os grupos

Contribuição para o estudo da influência do dióxido de carbono no processo de biodegradação (reactor fed-batch proporcional)

O reactor “Fed-batch” Proporcional utiliza o aumento de pressão que se verifica no interior do reactor, provocado pela acumulação do dióxido de carbono produzido no decurso da degradação aeróbia de um composto orgânico, para adicionar substrato ao reactor, sendo a alimentação proporcional à velocidade ou taxa de degradação de substrato. Nestas circunstâncias, e pretendendo-se avaliar da fiabilidade daquele tipo de reactor, era necessário verificar se a reacção biológica era perturbada pela acumulação de dióxido de carbono. Assim, o presente trabalho teve por objectivo estudar a influência do dióxido de carbono, dissolvido na solução de fermentação, no crescimento microbiano e no consumo de substrato, através da comparação do funcionamento, em paralelo, de dois reactores “fed-batch”, sendo um proporcional e outro aberto. Constatou-se que os valores das constantes cinéticas, taxa específica de consumo de substrato (qobs) e coeficiente de rendimento celular (Y(X/S)), determinados no reactor “Fed-batch” Proporcional e num reactor “Fed-batch” Aberto, operados em condições equivalentes, eram semelhantes. Os valores da taxa de crescimento específica (μobs) apresentam diferenças mais significativas, no entanto a maioria dos testes estatísticos não-paramétricos aplicados demonstraram que o conjunto de valores de cada reactor pertencem à mesma distribuição. A taxa de consumo de oxigénio (OUR), que reflecte a viabilidade da biomassa, é normalmente superior no reactor “Fed-batch” Aberto. Os resultados obtidos no presente estudo não evidenciaram efeitos inibidores, para a reacção biológica, provocados pelo dióxido de carbono dissolvido, ou pelos iões bicarbonato que se acumulam no reactor “Fed-batch” Proporcional.

Síntese de acetato de decilo por catálise enzimática em meio supercrítico

Este trabalho teve como objectivo o estudo, em reactor fechado, da produção de ésteres de cadeia longa por catálise enzimática em meio supercrítico com vista ao desenvolvimento de um processo sustentável, tecnologicamente eficiente e limpo e que constitua uma alternativa aos processos químicos tradicionais. Como composto modelo a produzir foi seleccionado o acetato de decilo, um éster com aplicação na indústria de fragrâncias. A reacção estudada foi a transesterificação do acetato de vinilo com o decanol, obtendo-se como principal produto o acetato de decilo. O catalisador escolhido foi a lipase B de Candida antarctica (CALB), imobilizada na resina macroporosa Lewatit B (Novozym 435®). A síntese de acetato de decilo foi estudada numa instalação experimental de alta pressão, equipada com um reactor fechado de volume variável, a operar isotermicamente a 35 ºC e a 100 bar, usando-se como solvente CO2 em condições supercríticas. Fez-se a determinação do conteúdo enzimático por tamanho de partícula de catalisador, tendo-se verificado que as partículas mais pequenas têm uma quantidade específica de enzima mais elevada, havendo uma relação inversamente proporcional entre o conteúdo enzimático e o tamanho de partícula. Verificou-se também que a enzima deve estar localizada numa camada exterior da partícula, seguindo um modelo do tipo “casca de ovo”, sendo a espessura dessa camada de 60 μm (assumindo distribuição uniforme) e independente do tamanho de partícula. Analisaram-se as resistências à transferência de massa, tanto externas como internas. Para as primeiras, fez-se apenas variar a agitação dentro do reactor, mantendo todas as outras condições de operação constantes (temperatura, pressão, quantidade de enzima, tamanho de partícula, concentração de substratos na alimentação). Verificou-se que a partir de 950 r.p.m. as resistências externas à transferência de massa são eliminadas. Relativamente às resistências internas, realizaram-se várias reacções com diferentes tamanhos de partícula, mas com a mesma quantidade de enzima, a mesma concentração dos dois substratos na alimentação, a mesma agitação, temperatura e pressão. Os resultados obtidos mostram que não há influência significativa do tamanho das partículas de catalisador sobre a velocidade inicial de reacção, pelo que as resistências internas à transferência de massa se podem considerar desprezáveis. Estudou-se também o efeito da variação da concentração dos substratos na alimentação sobre as velocidades iniciais de reacção. Observou-se que a partir de uma determinada concentração de decanol em excesso relativamente ao acetato de vinilo, a reacção é inibida pelo álcool. Pelo contrário, a reacção é favorecida quando a alimentação tem excesso de acetato de vinilo, havendo um aumento significativo da sua velocidade inicial. Estes resultados são consistentes com um mecanismo do tipo Ping-pong bi-bi com inibição competitiva por parte do álcool, comum na descrição de reacções enzimáticas de esterificação/transesterificação. Por último, fez-se uma comparação dos resultados obtidos em meio supercrítico (CO2) e em meio orgânico (hexano). Observou-se que as reacções em hexano apresentam uma velocidade inicial significativamente superior.

Síntese de uma biblioteca de derivados de indole com potencial actividade antioxidante e inibição selectiva da COX‐2

Os compostos indólicos constituem uma extensa e larga família de compostos presentes em bactérias, plantas e animais, sendo alvo de especial interesse nas áreas tanto da química biológica como na da química medicinal. O triptofano, aminoácido essencial para o Homem, constitui um importante exemplo de derivados de indole. Outros exemplos, derivados desta importante estrutura, são o ácido indole‐3‐acético (hormona presente nas plantas) e a melatonina (hormona segregada pela glândula pineal). Uma importante característica dos compostos derivados do indole é que estes podem ser úteis como fármacos usados no tratamento da inflamação (por exemplo,indometacina, acemetacina, etodolac), assim como no tratamento de doenças associadas ao stress oxidativo, como o cancro e doenças neurodegenerativas. Com o intuito de estudar a relação estrutura‐actividade sintetizou‐se uma biblioteca de derivados de indole e, posteriormente, avaliou‐se a actividade antioxidante dos compostos preparados usando como espécie reactiva de oxigénio o radical peroxilo. Todos os compostos testados, à excepção de um, revelaram actividade. Os resultados obtidos contribuirão para o design racional de futuras gerações de bibliotecas. Foram, ainda, desenvolvidos estudos sintéticos para a preparação de um potencial inibidor selectivo da COX‐2.

Análise do potencial impacte de efluentes de indústrias de cerâmica e vidro na saúde humana

O objectivo deste estudo consistiu na investigação da existência de um potencial risco para a saúde humana, associado ao impacte ambiental dos efluentes líquidos de indústrias cerâmicas e de vidro, nas águas superficais e subterrâneas, respectivamente. Este trabalho foi desenvolvido sobre um caso de estudo: na localidade de Casal da Areia, localizada no concelho de Alcobaça, onde existia um conhecimento prévio da ocorrência de descargas e consequente degradação da qualidade da água. O estudo foi realizado em duas zonas da localidade. A primeira situada próxima da fábrica de vidro e a segunda zona próxima da zona industrial, onde se localizam as indústrias de cerâmica. Nestas duas áreas de estudo foram inventariados um total de três pontos de água com vista a analisar as alterações químicas em relação a concentrações de referência. Os dados foram recolhidos numa campanha de monitorização com 2 fases: a 1ª no mês de Abril e a 2ª no mês de Junho de 2007. Os parâmetros analisados foram o pH, sólidos suspensos totais, oxigénio dissolvido, carência bioquímica de oxigénio, oxidabilidade, fósforo total, ortofosfatos, metais (Al, B, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Si, Ti, V e Zn) e aniões (F-, Cl-, Br-, NO3 -, PO4 2- e SO4 2-). Constatou-se a existência de degradação química da água subterrânea, possivelmente relacionada com descargas provenientes da fábrica de vidro e cristal. Os dados relativos à água superficial não permitiram relacionar a degradação química verificada com a presença de efluentes da indústria cerâmica, dadas as características heterogéneas apresentadas por este efluente. As águas analisadas apresentaram, contudo, valores elevados de alguns parâmetros teoricamente presentes em efluentes cerâmicos. Na água subterrânea foram identificados alguns elementos que podem constituir potencial risco para a saúde humana e ecossistemas, como o potássio, alumínio, manganês, níquel, chumbo e zinco, fluoretos e sulfatos. No caso da água superficial, esta não terá constituido um perigo para a saúde já que não era utilizada para consumo humano e apenas os parâmetros cloretos e alumínio excediam o V.M.R. imposto para águas de rega.

Síntese e caracterização das propriedades fotofísicas de flavotionas

O presente trabalho descreve a síntese de 10 flavotionas e a sua caracterização espectroscópica e fotofísica, incluindo a determinação dos rendimentos quânticos de formação de tripleto e de produção de oxigénio singuleto. Os dados obtidos foram correlacionados com cálculos de orbitais moleculares de forma a racionalizar o efeito do padrão de substituição de grupo OH (hidroxilo) nas propriedades espectroscópicas e fotofísicas das flavotionas. Foi ainda estudada a fotodegradação dos compostos, isolados e identificados os fotoprodutos obtidos em diferentes meios, e proposto um mecanismo para a actuação destes compostos como fotosensitizadores. E finalmente, utilizar este conhecimento para desenvolver pesticidas activados pela absorção de luz, mais eficientes e amigos do ambiente.

Reacção de cisão da molécula de azoto em xénon supercrítico

Apenas há 100 anos atrás foi finalmente estabelecido que os sistemas biológicos têm a capacidade de fixar o azoto. A Química ainda se encontrava atrasada, mas em 1913, Haber e Bosh projectaram a primeira instalação comercial de fixação do azoto e fundaram a indústria química inorgânica moderna. Os mecanismos destes dois processos relacionados são, no entanto, muito diversos. Laplaza e Cummins apresentaram na revista Science uma reacção que representa o culminar de 30 anos de trabalho da comunidade química na fixação de azoto em condições próximas das atmosféricas. Esta descoberta apresenta um complexo inorgânico simples que pode quebrar a ligação tripla da molécula de azoto para formar um novo nitrilo-complexo sem a necessidade de qualquer outro reagente. Esta publicação inspirou o trabalho apresentado nesta tese. Como a transferência de massa entre as fases – gasosa (azoto) e o solvente líquido – constituía um factor limitativo da cinética da reacção, assim a utilização de um solvente supercrítico pareceu ser uma melhoria óbvia. O xénon é o único fluido supercrítico, à temperatura ambiente suficientemente inerte quimicamente para ser usado como solvente em contacto com uma substância extremamente reactiva, capaz de quebrar a ligação da molécula de azoto. Neste trabalho, a reacção descoberta por Laplaza e Cummins foi efectuada em xénon supercrítico. A realização desta reacção envolveu diversas etapas: 1. As sínteses do composto Mo(NRAr)3 (1) (onde R é C(CD3)2CH3 e Ar é 3,5-C6H3(CH3)2), usando caixa de luvas e técnicas sob atmosfera de árgon; 2. A construção de uma nova instalação, projectada para a realização da reacção do composto 1 com o azoto em xénon supercrítico, com monitorização contínua através de espectrofotometria visível; 3. A introdução de sucessivas modificações devido a dificuldades experimentais imprevistas conduziu à reconstrução substancial da primeira instalação utilizada, de forma a ser possível medir a solubilidade do composto 1 em xénon supercrítico, e de proporcionar a difusão do azoto no xénon. 4. Medições da solubilidade do complexo 1 em xénon supercrítico, à temperatura ambiente e pressões entre 6 e 10MPa; 5. Medições da cinética da reacção do composto 1 com azoto gasoso, usando xénon supercrítico como solvente, em diversas condições, com diversos ambientes de solventes, em diferentes quantidades do composto 1, e usando métodos de detecção completamente diferentes do método espectroscópico inicialmente programado; 6. Utilização de simulações em CFD (Computer Fluid Dynamics) para interpretar os resultados obtidos. Estas simulações sugerem que a elevada densidade do xénon induz a sedimentação lenta do excesso (não dissolvido) do composto 1, que controla a distribuição do produto da reacção dentro do reactor. A conclusão principal foi a de que a cisão da ligação da molécula do azoto pelo composto 1 pode ser obtida em segundos em xénon supercrítico.

Estudo da influência do material inorgânico na formação de H2S e HCl durante a co-gasificação de CDR com carvão

O objectivo principal deste trabalho relaciona-se com a compreensão dos mecanismos de formação de H2S e HCl durante a co-gasificação de C.D.R com carvão. A presença de material inorgânico nas cinzas dos combustíveis utilizados poderá ter alguma influência na formação e subsequentes reacções de H2S e HCl, tornando-se importante compreender qual a extensão da influência destes materiais na formação destas espécies, encaradas como contaminantes do gás produzido. A utilização de misturas de C.D.R. com carvão em gasificação poderá contribuir para a redução das quantidades de resíduos depositadas em aterro. Sendo a gasificação um processo menos poluente do que a incineração, a gasificação destes materiais poderá traduzir-se num menor impacto ambiental. Os C.D.R. são materiais heterogéneos e portanto as quantidades de S, Cl e material inorgânico poderão variar tornando relevante o estudo de potenciais sinergias entre os C.D.R. e o carvão com o objectivo de 1) minimizar a emissão de poluentes gasosos, 2) minimizar a quantidade de cinza produzida e 3) aproveitar o material inorgânico, que pode desempenhar actividade catalítica conduzindo à redução da formação de H2S e HCl. Com este estudo foi determinada uma aparente relação linear entre os teores de enxofre nos combustíveis e a formação de H2S, sendo que no entanto a forma sob a qual o enxofre se encontra nos combustíveis poderá desempenhar um importante papel na conversão do enxofre em H2S. No caso do HCl, a referida relação não pareceu ser tão clara. Foi igualmente determinado que maiores temperaturas de operação promovem a formação de H2S, ao mesmo tempo que reduzem a formação de HCl, e que enquanto o aumento da quantidade de oxigénio poderá conduzir à redução da formação de H2S, não terá impacto significativo na formação de HCl. No que diz respeito aos metais foi verificado que Ca, Fe e Zn terão um papel importante na redução da formação de H2S e HCl, enquanto que K e Na terão apenas influência na formação de HCl e o Al e a Si, não afectaram nem a formação de H2S nem a de HCl.

Cristalização do clorato de sódio

Este trabalho está divido em três partes, sendo a primeira a melhoria das condições operatórias da cristalização do clorato de sódio, a segunda parte o efeito dos sulfatos na quantidade de crómio no produto final e a terceira parte baseia-se na determinação de um método para remover sulfatos. A produção de clorato de sódio é realizada por via electroquímica a partir de uma solução de NaCl (salmoura). De seguida o clorato de sódio é produzido por cristalização a frio. Como a agitação e as rampas de arrefecimento são importantes na definição da granulometria, tentou-se optimizar o processo tentando aumentar o tamanho do grão, diminuindo a distribuição granulométrica e verificar se é possível obter um aumento da produção. Assim começou-se por caracterizar o sistema a 69 rpm para se verificar as diferenças quando comparadas com o aumento da agitação para 97,5 rpm. Começou-se por verificar o comportamento do C003 em termos da quantidade de sólidos ao longo do vazamento, concluindo-se que para cada nível do C003 a quantidade de sólidos é aproximadamente constante. Após a caracterização do C003, verificou-se a granulometria do produto final, onde se verificou uma grande DTC. De seguida verificou-se a eficiência do EP para diferentes tempos de residência, verificando-se que nas condições de funcionamento actuais, débito de 12 m3 /h, é eficiente assim como para um débito de 15,6 m3/h. Após a caracterização da etapa final de cristalização, começou-se por caracterizar o sistema em si de cristalização, nomeadamente o C901/3 e o C902/3. Como em cristalização a homogeneidade do cristalizador é um factor muito importante para evitar a grande DTC que se verifica no produto final, fomos verificar a homogeneidade do C901/3 e do C902/3. Assim se verifica que os dois cristalizadores são pouco homogéneos. No entanto verifica-se que na primeira etapa de cristalização deveríamos ter uma agitação de 69 rpm, para que o cristalizador seja totalmente homogéneo. Após verificarmos que o C902/3 não é homogéneo, fomos aumentar a agitação para 97,5 rpm onde verificamos que o sistema ainda não é homogéneo mas passamos de uma razão entre a massa total em baixo e a massa total em cima de 4,1 para 1,5. Verifica-se assim por extrapolação linear que a velocidade de agitação para uma razão 1 é de 103 rpm. Como se sabe que o método de secagem é importante, fomos verificar qual o método de secagem que nos daria resultados concordantes em cada um dos ensaios, assim verificou-se, que o melhor método seria após a filtração a vácuo, lavar os cristais com uma solução saturada de clorato de sódio e posteriormente secá-los com papel absorvente para lhe retirarmos a maior humidade e de seguida secá-los ao ar durante pelo menos três horas. Antes de se começarem a fazer ensaios para tentar optimizar o processo foi-se verificar o coeficiente de transferência de calor para podermos verificar o que acontece com o aumento da velocidade de agitação, assim como com as diversas rampas de arrefecimento testadas. Verifica-se assim que no C902/3 nos ensaios a 69 rpm, com a rampa de cristalização actual, temos um valor médio de 10000 Kcal/ºC.h e nos ensaios a 97,5 rpm temos um coeficiente de transferência de calor variável entre 10000 Kacl/ºC.h e 15000 Kcal/ºC.h conforme a abertura da válvula. Para se verificar o efeito do aumento da agitação na granulometria, recolheram-se amostras e determinou-se a granulometria para cada uma das rampas de cristalização testadas. Verifica-se assim que a massa total obtida não é sempre a mesma, variando de ensaio para ensaio, não se verificou realmente um aumento da granulometria, verificando-se sim um aumento da massa total. No entanto nos ensaios em que a temperatura final é inferior a 0ºC, obtivemos menor quantidade de finos. Por fim fomos determinar a zona óptima de funcionamento tendo em conta o diagrama ternário do sistema. Assim verifica-se que a zona de maior produção é entre -5ºC e -10ºC. No entanto tendo em conta a capacidade da instalação frigorífica, verifica-se que é inviável levar o sistema a -10ºC. Para verificar o efeito dos sulfatos na quantidade de crómio no produto final fizeram-se vários ensaios em laboratório de cristalização por frio em que variávamos as quantidades de cloreto de sódio, de dicromato de sódio e de sulfato de sódio. Verifica-se assim que uma maior quantidade de sal no início da cristalização provoca um aumento na quantidade de crómio no produto final. Para se remover os sulfatos do processo, foi-se testar inicialmente um método utilizando uma resina de permuta iónica para reter os sulfatos na parte de depuração da salmoura e um método de cristalização por frio para remover sulfato das águas mães do processo. Nos ensaios de remoção de sulfatos por permuta iónica verificou-se que a resina Purolite A400, a indicada para remoção de sulfatos, não remove nada. No caso da cristalização por frio para remoção de sulfatos fizeram-se ensaios para uma temperatura de cristalização a cerca de -10ºC. Neste caso verificouse que se conseguiu remover cerca de 70% dos sulfatos, mas também, se removeu cerca de 40% de clorato de sódio. Como a capacidade da instalação frigorífica é limitada, este método torna-se inviável.

Produção e caracterização de silício policristalino e sua aplicação a TFTS

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia dos Materiais, especialidade Microelectrónica e Optoelectrónica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

A qualidade da água na Albufeira do Alvito e o empreendimento de fins múltiplos de Alqueva (EFMA)

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente

Avaliação da estabilidade do composto pelo teste do auto-aquecimento

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Engenharia Sanitária

Rearranjos 3-aza-Cope : efeito dramático dos substituintes na velocidade da reacção

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Química Especialidade de Química Orgânica pela Universidade Nova de Lisboa,Faculdade de Ciências e Tecnologia

Estudo dos efeitos da irradiação ultra-sónica na inibição do crescimento de cianobactérias do género Microcytis spp

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente,Perfil Engenharia Sanitária

Construção de uma tarifa de responsabilidade civil automóvel

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Matemática e Aplicações - Actuariado, Estatística e Investigação Operacional