Síntese, caracterização e estudo fotofísico de heterociclos fluorescentes por ESIPT e suas aplicações na preparação de novos materiais

Neste trabalho é apresentada a síntese e a caracterização de compostos do tipo 2-(2'-hidroxifenil)benzazólicos, fluorescentes e com um grande deslocamento de Stokes, devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT). Estes derivados possuem a função amino, de grande versatilidade sintética. A possibilidade de aplicação dos compostos sintetizados foi testada em cinco diferentes sistemas. Os derivados foram utilizados como monômetros vinilênicos e acriloilamida para a polimerização com metacrilato de metila para a produção de novos materiais poliméricos orgânicos fluorescentes; como sondas fluorescentes para proteínas, marcando com sucesso albumina sérica bovina, apresentando conjugados com maior fotoestabilidade em relação a sondas comerciais; como uma molécula com propriedades altamente não-lineares, possuindo o maior valor para a primeira hiperpolarizabilidade conhecido até hoje; como ligante para a complexação com metais de transição. com potencial aplicação em dispositivos orgânicos emissores de luz, e como derivados silifuncionalizados para a obtenção de materiais híbridos através de reação sol-gel, e a partir destes, obter os primeiros aerogéis de sílica fluorescentes por ESIPT.

Síntese e caracterização da PEAD obtido via catálise Ziegler-Natta em homo e copolimerização de eteno e 1-buteno

Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados polietilenos de alta densidade (PEAD) obtidos via homopolimerização de eteno e copolimerização de eteno com 1-buteno, utilizando-se dois sistemas catalíticos baseados em um catalisador Z-N heterogêneo suportado, sintetizado a partir de TiCl4 e etilato de magnésio, que leva à geração in situ de cloreto de magnésio. O objetivo foi avaliar o efeito do 1-buteno sobre as propriedades do PEAD obtido através do catalisador supracitado e IPRA ou TEA como cocatalisadores (estes sistemas catalíticos foram identificados como ZN1-IPRA e ZN1- TEA). Como esperado, observou-se aumento de atividade catalítica quando 1-buteno foi usado como comonômero, conhecido como “efeito comonômero”. Houve redução da densidade do PEAD com a concentração do comonômero no meio reacional na seguinte ordem: homopolímero > copolímero sintetizado com pressão de 1-C4 de 0,5 bar > copolímero sintetizado com pressão de 1-C4 de 0,9 bar. Esta redução da densidade foi acompanhada de um aumento do MFR, de redução de massa molar e polidispersão, esta última também constatada pelas medidas reológicas em reômetro rotacional. Também constatou-se redução de Tc, Tf, cristalinidade, tensão no escoamento, módulo secante a 2 %, resistência à tração por impacto e ESCR. A razão de inchamento foi maior nos homopolímeros obtidos com ambos os sistemas catalíticos, provavelmente devido à maior polidispersão destas resinas, aliado ao fato de também apresentarem maior massa molar. A deconvolução das curvas de GPC e a caracterização das frações de polímero obtidas através do fracionamento preparativo (PREP) provou a existência de uma maior fração de moléculas com alta massa molar no PEAD obtido com o sistema catalítico ZN1-IPRA. Esta fração permitiu explicar, ao menos em parte, as maiores razões de inchamento e a melhor recuperação no teste de fluência dos polímeros obtidos com este sistema catalítico. Não foi possível identificar diferenças significativas na distribuição do comonômero nas cadeias poliméricas dos copolímeros obtidos com ambos os sistemas catalíticos estudados, somente indícios de incorporação diferenciada através da determinação do teor de metilas totais nas frações obtidas por PREP.

Desenvolvimento de redes de polímeros interpenetrantes (IPN) para a aplicação como eletrólito polimérico

Uma nova rede de polímeros interpenetrantes (IPN) baseada em poliuretana de óleo de mamona e poli(etileno glicol) e poli(metacrilato de metila) foi preparada para ser utilizada como eletrólito polimérico. Os seguintes parâmetros de polimerização foram avaliados: massa molecular do poli(etileno glicol) (PEG), concentração de PEG e concentração de metacrilato de metila. As membranas de IPN foram caracterizadas por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR). Os eletrólitos de redes de polímeros interpenetrantes (IPNE) foram preparados a partir da dopagem com sal de lítio através do inchamento numa solução de 10% em massa de LiClO4 na mistura de carbonato de etileno e carbonato de propileno na razão mássica de 50:50. As IPNEs foram caracterizadas por espectroscopia de impedância eletroquímica e Raman. As IPNEs foram testadas como eletrólito polimérico em supercapacitores. As células capacitivas foram preparadas utilizando eletrodos de polipirrol (PPy). Os valores de capacitância e eficiência foram calculados por impedância eletroquímica, voltametria cíclica e ciclos galvonostáticos de carga e descarga. Os valores de capacitância obtidos foram em torno de 90 F.g-1 e eficiência variou no intervalo de 88 a 99%. Os valores de densidade de potência foram superiores a 250 W.kg-1 enquanto que a densidade de energia variou de 10 a 33 W.h.kg-1, dependendo da composição da IPNE. As características eletroquímicas do eletrólito formado pela IPN-LiClO4 (IPNE) foram comparadas aos eletrólitos poliméricos convencionais, tais como poli(difluoreto de vinilideno)-(hexafluorpropileno) ((PVDF-HFP/LiClO4) e poliuretana comercial (Bayer desmopan 385) (PU385/LiClO4). As condutividades na temperatura ambiente foram da ordem de 10-3 S.cm-1. A capacitância da célula utilizando eletrodos de PPy com eletrólito de PVDFHFP foi de 115 F.g-1 (30 mF.cm-2) e 110 F.g-1 (25 mF.cm-2) para a célula com PU385 comparadas a 90 F.g-1 (20 mF.cm-2) para a IPNE. Os capacitores preparados com eletrólito de IPNE apresentaram valores de capacitância inferior aos demais, entretanto provaram ser mais estáveis e mais resistentes aos ciclos de carga/descarga. A interpenetração de duas redes poliméricas, PU e PMMA produziu um eletrólito com boa estabilidade mecânica e elétrica. Um protótipo de supercapacitor de estado sólido foi produzindo utilizando eletrodos impressos de carbono ativado (PCE) e o eletrólito polimérico de IPNE. A técnica de impressão de carbono possui várias vantagens em relação aos outros métodos de manufatura de eletrodos de carbono, pois a área do eletrodo, espessura e composição são variáveis que podem ser controladas experimentalmente. As células apresentaram uma larga janela eletroquímica (4V) e valores da capacitância da ordem de 113 mF.cm-2 (16 F.g-1). Métodos alternativos de preparação do PCE investigados incluem o uso de IPNE como polímero de ligação ao carbono ativado, estes eletrodos apresentaram valores de capacitância similares aos produzidos com PVDF. A influência do número de camadas de carbono usadas na produção do PCE também foi alvo de estudo. Em relação ao eletrólito polimérico, o plastificante e o sal de lítio foram adicionados durante a síntese, formando a IPNGel. As células apresentaram alta capacitância e boa estabilidade após 4000 ciclos de carga e descarga. As membranas de IPN foram testadas também como reservatório de medicamento em sistemas de transporte transdérmico por iontoforese. Os filmes, mecanicamente estáveis, formaram géis quando inchado em soluções saturadas de lidocaina.HCl, anestésico local, em propileno glicol (PG), poli(etileno glicol) (PEG400) e suas misturas. O grau de inchamento em PG foi de 15% e 35% em PEG400. Agentes químicos de penetração foram utilizados para diminuir a resistência da barreira causada pela pele, dentre eles o próprio PG, a 2-pirrolidinona (E1) e a 1-dodecil-2-pirrolidinona (E2). Os géis foram caracterizados por espectroscopia de impedância eletroquímica e transporte passivo e por iontoforese através de uma membrana artificial (celofane). O sistema IPN/ lidocaina.HCl apresentou uma correlação linear entre medicamento liberado e a corrente aplicada. Os melhores resultados de transporte de medicamento foram obtidos utilizando o PG como solvente.

Implante endoscópico no esôfago distal de polimetilmetacrilato para controle do refluxo gastrofágico : estudo experimental em modelo animal

XIXA doença do refluxo gastroesofágico (DRGE) comumente afeta o esôfago e provavelmente é a condição mais prevalente no segmento alto do trato gastrointestinal, acometendo entre 5 e 45% da população ocidental. A terapêutica atual para essa doença além de medidas gerais e dietéticas, inclui tratamento farmacológico e/ou cirurgia. Ambos podem ser eficazes, mas apresentam elevado custo financeiro. O tratamento com fármacos pode apresentar baixa aderência medicamentosa e a cirurgia tem baixa, mas não desprezível, morbidade e mortalidade. Idealmente o tratamento da DRGE deveria ser eficaz, com baixo risco e com baixo custo. Objetivos: 1. Desenvolver um modelo experimental em suínos para o estudo do Refluxo Gastroesofágico através da Pressão e do Volume de Vazão Gástricos; 2. Avaliar a eficácia do implante endoscópico de PMMA ao nível do Esfíncter Esofágico Inferior (EEI) para aumentar a Pressão de Vazão Gástrica, o Volume de Vazão Gástrico e a Pressão Basal do EEI; 3. Descrever as reações histológicas associadas ao implante de PMMA. Material e Métodos: Suínos da raça Large White, do sexo feminino com 8 semanas de vida foram estudados no experimento. Foi realizada manometria do esfíncter esofágico inferior com registro da pressão basal com cateter de perfusão com água e técnica de retirada lenta. Calculou-se, também, a extensão do EEI. Após, gastrostomia era realizada com colocação intragástrica da extremidade distal de uma sonda de Foley com três vias e um cateter de pHmetria esofágica introduzido via oral com o sensor distal posicionado 5 cm acima do bordo superior de esfíncter esofágico inferior. Iniciava-se, XXentão, a infusão contínua no estômago de uma solução de HCl a 0,02N com medida e registro simultâneos da Pressão e do Volume de Vazão Gástricos e do pH esofágico. Definiu-se a Pressão de Vazão Gástrica (PVG) e o Volume de Vazão Gástrico quando houve brusca e sustentada acidificação do esôfago distal (pH<3). Após, introduzia-se um tubo metálico (Tubo Introdutor ou TI) via oral e, em seguida, o endoscópio, seguindo ambos até o esôfago distal. Cateter de nylon com agulha calibre 16 era introduzido pelo tubo introdutor e o PMMA implantado na área correspondente ao EEI com uma pistola dosadora volumétrica que permitia a injeção de volumes prédeterminados em 3 ou 4 pontos da submucosa (total por ponto = 0,73 ml de PMMA). As medidas de PVG, VVG e pressão basal do EEI foram repetidas após 28 dias, sacrificando-se os animais e removendo-se esôfago médio e distal, junção esofagogástrica, fundo e corpo gástricos para estudo histológico. Previamente ao experimento, três projetos pilotos foram desenvolvidos. O primeiro designado como “Projeto Piloto: Refluxo Gastroesofágico por pHmetria de 24H” (RGE 24H) buscou a via de acesso transnasal para registro de pHmetria por 24 horas. No segundo, designado “Projeto Piloto: Esofagostomia”, para confirmação de refluxo gastroesofágico espontâneo em suínos da raça Large White, utilizou-se anestesia com associação de tiletamina 125 mg e zolazepam 125 mg em combinação com um sedativo, a xilazina a 2% . A pHmetria foi mantida por 24 horas. Os dados descritos por Kadirkamanathan et al. não foram reproduzidos no nosso laboratório. Optou-se então pela realização de um terceiro projeto, “Projeto Piloto: Gastrostomia” para induzir refluxo gastroesofágico através de um modelo experimental e testar a reprodutibilidade da Pressão de Vazão Gástrica. Obteve-se sucesso. Resultados: Trinta e sete animais foram estudados em 60 intervenções no Laboratório de motilidade experimental. O projeto piloto “RGE:24h” foi abandonado após perda de 5 animais pela anestesia com halotano e, solucionada esta questão, a sistemática infecção do tecido celular subcutâneo nasal, dificultando a manutenção do cateter de phmetria em outros 5 animais. No “Projeto Piloto: Esofagostomia”, em cinco animais estudados (cada animal em duas ocasiões diferentes) não se reproduziram os achados de refluxo espontâneo. No terceiro projeto “Projeto Piloto: Gastrostomia” quatro animais foram estudados em dois momentos diferentes obtendo-se sucesso e reprodutibilidade XXIdos dados. Criado o modelo experimental, quatorze suínos foram submetidos ao experimento com implante endoscópico de PMMA com os seguintes resultados: A média dos pesos com 8 semanas de idade foi 14,98 ± 2,43 e 28 dias após o implante, 20,26 ± 3,68. O ganho ponderal foi considerado normal para a espécie. A Pressão de Vazão Gástrica média no dia 1 foi 8,08 mmHg e no dia 28, 10,69mmHg (Teste t de Student: t = 2,72 gl = 13 p = 0,017). Os Volumes de Vazão Gástricos médios foram: 392,86 ml para o dia 1 e 996,71 ml no dia 28 (teste t de Student: t = 11,66 gl = 13 p< 0,001). A Pressão Basal do EEI e o comprimento do esfíncter, não apresentaram diferenças estatisticamente significativas. PMMA foi identificado como depósitos de grandes vacúolos no tecido intersticial ao exame histológico da junção esofagogástrica associado a histiócitos, plasmócitos e presença de células gigantes tipo Langhans indicando reação tecidual de corpo estranho em todos os animais. Fibrose e macrófagos com vacúolos intracelulares estiveram presentes em menor freqüência. Conclusões: 1. O modelo experimental, em suínos, desenvolvido viabilizou o estudo do Refluxo Gastroesofágico através da Pressão de Vazão Gástrica e Volume de Vazão Gástrico; 2. O implante de PMMA, no presente estudo, aumentou a Pressão de Vazão e o Volume de Vazão Gástricos, mas não a Pressão Basal do EEI, nem tampouco aumentou o seu comprimento; 3. Depósito de PMMA implantado e evidência de processo inflamatório crônico e reação tecidual de corpo estranho foi encontrada no local do implante de PMMA. Macrófagos com vacúolos intracelulares e fibrose foram encontrados com menos freqüência.

Determinação da microestrutura e relação com as propriedades dos terpolímeros de etileno-propileno-alfa-olefinas

Na busca por novos materiais, foram sintetizados uma série de terpolímeros de etilenopropileno –α-olefinas superiores (1-hexeno, 1-deceno e 1-octadeceno) usando o sistema catalítico rac-Et[Ind]2ZrCl2/MAO. A razão entre E/P foi variada e duas concentrações de termonômeros foram estudadas. Neste trabalho foram apresentados os resultados qualitativos e quantitativos da caracterização desses terpolímeros através da técnica de ressonância magnética de carbono 13 (RMN de 13C). Foram apresentados os deslocamentos químicos observados e devidamente identificados, assim como a análise quantitativa da distribuição das tríades, do comprimento médio de unidades consecutivas e das razões de reatividade. O efeito da adição de uma olefina de cadeia longa ao sistema etileno-propileno foi avaliado através dos resultados obtidos da atividade catalítica, teor de incorporação, nas propriedades térmicas, na massa molar e propriedades mecânicas. Também foi realizado um estudo da heterogeneidade de algumas amostras através do fracionamento por eluição com gradiente de temperatura (TREF). O sistema rac-Et[Ind]2ZrCl2/MAO mostrou-se eficiente na terpolimerização do etileno e a técnica de RMN de 13C permitiu a completa caracterização de todos os terpolímeros obtidos. Esses terpolímeros mostraram-se como um sistema complexo onde foi possível observar que, dependendo do tipo de olefina que irá coordenar no sítio ativo do rac- Et[Ind]2ZrCl2/MAO, haverá mudanças significativas nas atividade e nas propriedades desses materiais. Verificou-se que as três α-olefinas superiores estudadas foram incorporadas a cadeia polimérica, sendo que na maioria dos casos a α-olefina mais incorporada foi o 1-octadeceno nas duas concentrações de termonômero analisadas. O aumento da incorporação de propeno acarreta uma diminuição no teor de termonômero incorporado. A incorporação do propeno acarreta uma diminuição das unidades cristalizáveis de etileno, provocando um decréscimo na temperatura de fusão, com o aumento da incorporação de propeno ocorre um aumento das seqüências de propeno cristalizáveis e conseqüentemente a temperatura de fusão. A massa molecular também diminui devido ao aumento das reações de terminação por β-eliminação de hidreto. Observou-se que os terpolímero apresentaram um módulo menor do que os copolímeros. Esses terpolímeros estudados apresentaram um comportamento elastomérico, podendo ser classificados como Elastômeros Termoplásticos.