Accessing Planktothrix species diversity and associated toxins using quantitative real-time PCR in natural waters

Tese de Doutoramento em Biologia apresentada à Faculdade de Ciências da Universidade do Porto, 2015.

Enthalpies of Solution of 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate in 15 Solvents at 298.15 K

Enthalpies of solution of 1-butyl-3-methylimidazolium tetra fluoroborate, [BMIm]BF4, are reported at 298.15 K in a set of 15 hydrogen bond donor and hydrogen bond acceptor solvents, chosen by their diversity, namely, water, methanol, ethanol, 1,2-ethanediol, 2-choroethanol, 2-methoxyethanol, formamide, propylene carbonate, nitromethane, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, acetone, N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and aniline. These values are shown to be largely independent of [BMIm]BF4 concentration. The obtained enthalpies of solution vary from very endothermic to quite exothermic, thus showing a very high sensitivity of the enthalpies of solution of [BMIm]BF4 to solvent properties. Solvent effects on the solution process of this IL are analyzed by a quantitative structure-property relationship methodology, using the TAKA equation and a modified equation, which significantly improves the model's predictive ability. The observed differences in the enthalpies of solution are rationalized in terms of the solvent properties found to be relevant, that is, pi* and E-T(N).

Genotoxic effects of exposure to formaldehyde in two different occupational settings

Formaldehyde (CH2O), the most simple and reactive aldehyde, is a colorless, reactive and readily polymerizing gas at room temperature (National Toxicology Program [NTP]. It has a pungent suffocating odor that is recognized by most human subjects at concentrations below 1 ppm. Aleksandr Butlerov synthesized the chemical in 1859, but it was August Wilhelm von Hofmann who identified it as the product formed from passing methanol and air over a heated platinum spiral in 1867. This method is still the basis for the industrial production of formaldehyde today, in which methanol is oxidized using a metal catalyst. By the early 20th century, with the explosion of knowledge in chemistry and physics, coupled with demands for more innovative synthetic products, the scene was set for the birth of a new material–plastics. According to the Report on Carcinogens, formaldehyde ranks 25th in the overall U.S. chemical production, with more than 5 million tons produced each year. Formaldehyde annual production rises up to 21 million tons worldwide and it has increased in China with 7.5 million tons produced in 2007. Given its economic importance and widespread use, many people are exposed to formaldehyde environmentally and/or occupationally. Commercially, formaldehyde is manufactured as an aqueous solution called formalin, usually containing 37% by weight of dissolved formaldehyde. This chemical is present in all regions of the atmosphere arising from the oxidation of biogenic and anthropogenic hydrocarbons. Formaldehyde concentration levels range typically from 2 to 45 ppbV (parts per billion in a given volume) in urban settings that are mainly governed by primary emissions and secondary formation.

Study on the use of MgAl hydrotalcites as solid heterogeneous catalysts for biodiesel production

This paper, reports experimental work on the use of new heterogeneous solid basic catalysts for biodiesel production: double oxides of Mg and Al, produced by calcination, at high temperature, of MgAl lamellar structures, the hydrotalcites (HT). The most suitable catalyst system studied are hydrotalcite Mg:Al 2:1 calcinated at 507 degrees C and 700 degrees C, leading to higher values of FAME also in the second reaction stage. One of the prepared catalysts resulted in 97.1% Fatty acids methyl esters (FAME) in the 1st reaction step, 92.2% FAME in the 2nd reaction step and 34% FAME in the 3rd reaction step. The biodiesel obtained in the transesterification reaction showed composition and quality parameters within the limits specified by the European Standard EN 14214. 2.5% wt catalyst/oil and a molar ratio methanol:oil of 9:1 or 12:1 at 60 -65 degrees C and 4 h of reaction time are the best operating conditions achieved in this study. This study showed the potential of Mg/Al hydrotalcites as heterogeneous catalysts for biodiesel production. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Are known cyanotoxins involved in the toxicity of picoplanktonic and filamentous north atlantic marine cyanobacteria?

Eight marine cyanobacteria strains of the genera Cyanobium, Leptolyngbya, Oscillatoria, Phormidium, and Synechococcus were isolated from rocky beaches along the Atlantic Portuguese central coast and tested for ecotoxicity. Strains were identified by morphological characteristics and by the amplification and sequentiation of the 16S rDNA. Bioactivity of dichloromethane, methanol and aqueous extracts was assessed by the Artemia salina bioassay. Peptide toxin production was screened by matrix assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry. Molecular analysis of the genes involved in the production of known cyanotoxins such as microcystins, nodularins and cylindrospermopsin was also performed. Strains were toxic to the brine shrimp A. salina nauplii with aqueous extracts being more toxic than the organic ones. Although mass spectrometry analysis did not reveal the production of microcystins or other known toxic peptides, a positive result for the presence of mcyE gene was found in one Leptolyngbya strain and one Oscillatoria strain. The extensive brine shrimp mortality points to the involvement of other unknown toxins, and the presence of a fragment of genes involved in the cyanotoxin production highlight the potential risk of cyanobacteria occurrence on the Atlantic coast.

New ionic liquids and salts derived from β-Lactam antibiotics

In recent years ionic liquids (ILs) have been increasing the popularity and the number of applications. Ionic liquids were used mainly as solvent in organic synthesis, but in recent years they are also used in analytical chemistry, separation chemistry and material science. Additional to significant developments in their chemical properties and applications, ionic liquids are now bringing unexpected opportunities at the interface of chemistry with the life sciences. Ionic liquids (ILs) are currently defined as salts that are composed solely of cations and anions which melt below 100ºC. Our goal in this work is to explore the dual activity of the ionic liquids, due to the presence of two different ions, an anion with bacterial activity as β-lactam antibiotics and different kinds of cations. In this work the anions of ILs and salts were derived from three different antibiotics: ampicillin, penicillin and amoxicillin. The cations were derived from substituted ammonium, phosphonium pyridinium and methylimidazolium salts, such as: tetraethyl ammonium, trihexiltetradecilphosphonium, cetylpyridinium, choline (an essential nutrient), 1-ethyl-3-methylimidazolium, and 1-ethanol-3-methyl imidazolium structures. Commercial ammonium and phosponium halogen salts were first transformed into hydroxides on ionic exchange column (Amberlite IRA-400) in methanol. The prepared hydroxides were then neutralized with β-lactam antibiotics. After crystallization we obtained pure ILs and salts containing β-lactam antibiotics. This work presents a novel method for preparation of new salts of antibiotics with low melting point and their chemistry and microbiological characterization.

Preparation and characterization of beta-lactam antibiotic as Ionic liquids and salts

With the increase of bacterial resistance a large number of therapeutic strategies have been used to fight different kind of infections. In recent years ionic liquids (ILs) have been increasing the popularity and the number of applications. First ionic liquids were used mainly as solvent in organic synthesis, but now they are used in analytical chemistry, separation chemistry and material science among others. Additional to significant developments in their chemical properties and applications, ionic liquids are now bringing unexpected opportunities at the interface of chemistry with the life sciences Ionic liquids (ILs) are currently defined as salts that are composed solely of cations and anions which melt below 100ºC. Our goal in this work is to explore the dual activity of the ionic liquids, due to the presence of two different ions, an ion with bacterial activity as a beta-lactam antibiotic and different kinds of cations. In this work the anions of ILs and salts were derived from three different antibiotics: ampicillin, penicillin and amoxicillin. The cations were derived from substituted ammonium, phosphonium pyridinium and methylimidazolium salts, such as: tetraethyl ammonium, trihexiltetradecilphosphonium, cetylpyridinium, choline (an essential nutrient), 1-ethyl-3-methylimidazolium, and 1-ethanol-3-methyl imidazolium structures. Commercial ammonium and phosponium halogen salts were first transformed into hydroxides. on ionic exchange column (Amberlite IRA-400) in methanol. The prepared hydroxides were then neutralized with beta-lactam antibiotics. After crystallization we obtained pure ILs and salts containing beta-lactam antibiotics. This work presents a novel method for preparation of new salts of antibiotics with low melting point and their characterization.

Chemical and biological studies from an Azorean macroalga: Ulva rigida

3rd Portuguese Meeting on Medicinal Chemistry and 1st Portuguese-Spanish-Brazilian Meeting on Medicinal Chemistry, Aveiro, 28-30 Novembro 2012.

Lipid extractions from marine deep-sea invertebrates : modifications to the Bligh & Dyer method to increase lipid yields

The deep-sea environment is difficult to sample, and often only small quantities of samples can be obtained when using less destructive methods than dredging. When working with marine animals that are difficult to sample and with limited quantities of tissue to extract lipids, it is essential to ensure that the used method extracts the maximum possible quantity of lipids. This study evaluates the efficiency of introducing modifications to the method originally described by Bligh & Dyer (1959). This lipid extraction method is broadly used with modifications, although these usually lack proper description and evaluation of increment in lipids. In this study we consider the improvement in terms of amount of lipids extracted by changing the method. Lipid content was determined by gravimetric measurements in eight invertebrates from the deep-sea, including deep-sea hydrothermal vents animals, using three different approaches. Results show increases of 14% to 30% in lipid contents obtained from hydrothermal vent invertebrate tissues and whole animals by placing the samples in methanol for 24 hours before applying the Bligh & Dyer mixture. Efficiency of the extractions using frozen and freeze-dried samples was also compared. For large sponges, the use of lyophilized materials resulted in increases of 3 to 7 times more lipids extracted when compared with extractions using frozen samples.

Produção de biodiesel por catálise heterogénea

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Produção de biodiesel via catálise heterogénea básica

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.

Monitorização de desreguladores endócrinos em águas

Da crescente necessidade de alimentos e da necessidade de travar a destruição de culturas por animais e insectos foram sintetizados os pesticidas. Por entre uma vasta gama de pesticidas alguns são desreguladores endócrinos o que se traduz num perigo para a saúde humana pois pode despoletar alterações nos seres vivos mesmo em concentrações muito baixas. Devido a diversos factores nomeadamente a lixiviação, ventos e outros agentes ambientais assim como a presença de terrenos agrícolas junto a diversos rios, estes encontram-se contaminados com pesticidas desreguladores endócrinos. O objectivo deste trabalho foi avaliar quais os pesticidas desreguladores endócrinos presentes nas águas de rios da região Norte. Neste trabalho utilizou-se a técnica de microextracção em fase sólida recorrendo a uma fibra de PDMS (100 μm). Para tal as condições de optimização foram testadas nomeadamente a quantidade de NaCl, quantidade de metanol, temperatura do injector e tempo de exposição. Os parâmetros obtidos óptimos foram 0 % de NaCl, tempo de exposição de 45 min, temperatura do injector de 260 ºC e 2,5 % de metanol. Conseguiu-se a separação de todos os pesticidas desreguladores endócrinos com a seguinte programação temperaturas: inicio a 60ºC por um minuto seguido de um aumento de 20 °C/min até aos 200 °C onde permanece por um minuto e de seguida um aumento de 5 °C/min até aos 245 °C onde permanece por 40 min. Fizeram-se curvas de calibração entre 0,01 μg/L e 10 μg/L. Constatou-se no entanto uma falta de reprodutibilidade entre as injecções utilizando esta técnica. Os rios analisados foram o Rio Douro, Rio Tâmega, Ria de Aveiro, Rio Lima, Rio Minho, Rio Sousa, Rio Águeda, Rio Cávado e Rio Leça. No Rio Tâmega foram encontrados os seguintes pesticidas: diazinão, α-HCH, β-HCH, δ-HCH, lindano, HCB, simazina/ atrazina, vinclozolina, alacloro, 2,4-D, malatião, aldrina, bifentrina, metoxicloro e fenvalerato. No rio Douro estão presentes HCB, simazina/ atrazina, vinclozolina, 2,4-D, malatião, aldrina, fenvalerato e deltametrina. No rio Lima encontra-se diazinão, α-HCH, δ-HCH, 2,4-D, HCB, vinclozolina, lindano, simazina/atrazina, alacloro, malatião, aldrina, fenvalerato e deltametrina. No rio Sousa os pesticidas encontrados foram: diazinão, HCB, aldrina, α-HCH, β-HCH, δ-HCH, lindano, simazina/ atrazina, 2,4-D, cipermetrina, alacloro, fenvalerato e malatião. No rio Cávado estão presentes o diazinão, α-HCH, β-HCH, δ-HCH, lindano, HCB, 2,4-D, malatião, metoxicloro, cipermetrina e o fenvalerato. Na ria de Aveiro encontrou-se o diazinão, α-HCH, β-HCH, δ-HCH, lindano, HCB, simazina/atrazina, 2,4-D, Malatião e aldrina. No rio Águeda estão presentes o diazinão, HCB, 2,4-D, aldrina e malatião. E por último no rio Leça esta presente o diazinão, 2,4-D, alacloro, malatião, aldrina, cipermetrina e fenvalerato. A importância deste trabalho reside na demonstração da presença destes pesticidas, desreguladores endócrinos nas águas superficiais da região Norte.

Otimização e validação de um método de cromatografia líquida de alta resolução (HPLC) para a determinação do edulcorante ciclamato: ocorrência em adoçantes de mesa

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Utilização de co-solventes na produção de biodiesel a partir de óleo residual e etanol por catálise enzimática

A constante e sistemática subida de preço dos combustíveis fósseis e as contínuas preocupações com o meio ambiente determinaram a procura de soluções ambientalmente sustentáveis. O biodiesel surge, então, como uma alternativa para essa problemática, bem como uma solução para resíduos líquidos e gordurosos produzidos pelo ser humano. A produção de biodiesel tem sido alvo de extensa atenção nos últimos anos, pois trata-se de um combustível biodegradável e não poluente. A produção de biodiesel pelo processo de transesterificação usando álcoois de cadeia curta e catalisadores químicos, nomeadamente alcalinos, tem sido aceite industrialmente devido à sua elevada conversão. Recentemente, a transesterificação enzimática tem ganho adeptos. No entanto, o custo da enzima permanece uma barreira para a sua aplicação em grande escala. O presente trabalho visa a produção de biodiesel por transesterificação enzimática a partir de óleo residual de origem vegetal. O álcool usado foi o etanol, em substituição do metanol usado convencionalmente na catálise homogénea, pois a atividade da enzima é inibida pela presença deste último. As maiores dificuldades apresentadas na etanólise residem na separação das fases (Glicerol e Biodiesel) após a reação bem como na menor velocidade de reação. Para ajudar a colmatar esta desvantagem foi estudada a influência de dois cosolventes: o hexano e o hexanol, na proporção de 20% (v/v). Após a escolha do co-solvente que permite obter melhor rendimento (o hexano), foi elaborado um planeamento fatorial no qual se estudou a influência de três variáveis na produção de biodiesel por catálise enzimática com etanol e co-solventes: a razão molar óleo/álcool (1:8, 1:6 e 1:4), a quantidade de co-solvente adicionado (30, 20 e 10%, v/v) e o tempo de reação (48, 36 e 24h). A avaliação do processo foi inicialmente seguida pelo rendimento da reação, a fim de identificar as melhores condições, sendo substituída posteriormente pela quantificação do teor de ésteres por cromatografia em fase gasosa. O biodiesel com teor de ésteres mais elevado foi produzido nas condições correspondentes a uma razão molar óleo:álcool de 1:4, com 5g de Lipozyme TL IM como catalisador, 10% co-solvente (hexano, v/v), à temperatura de 35 ºC durante 24h. O rendimento do biodiesel produzido sob estas condições foi de 73,3%, traduzido em 64,7% de teor de ésteres etílicos. Contudo o rendimento mais elevado que se obteve foi de 99,7%, para uma razão óleo/álcool de 1:8, 30% de co-solvente (hexano, v/v), reação durante 48h a 35 ºC, obtendo-se apenas 46,1% de ésteres. Por fim, a qualidade do biodiesel foi ainda avaliada, de acordo com as especificações da norma EN 14214, através das determinações de densidade, viscosidade, ponto de inflamação, teor de água, corrosão ao cobre, índice de acidez, índice de iodo, teor de sódio (Na+) e potássio (K+), CFPP e poder calorífico. Na Europa, os ésteres etílicos não têm, neste momento, norma que os regule quanto à classificação da qualidade de biodiesel. Contudo, o biodiesel produzido foi analisado de acordo com a norma europeia EN14214, norma esta que regula a qualidade dos ésteres metílicos, sendo possível concluir que nenhum dos parâmetros avaliados se encontra em conformidade com a mesma.

Determinação dos impactes ambientais e análise do ciclo de vida da produção de biodiesel

O consumo de energia tem vindo a crescer de uma forma contínua e directamente proporcional ao aumento da população e da industrialização. A maior parte da energia consumida no Mundo é, ainda, proveniente dos combustíveis fósseis. Contudo, a diminuição da reserva e a poluição atmosférica produzida pela sua utilização, estimulam e aumentam a necessidade de fontes alternativas de energia. O biodiesel tem atraído considerável atenção como combustível renovável, biodegradável e não tóxico, e pode contribuir para a resolução do problema energético, reduzindo significativamente a emissão dos gases causadores do aquecimento global. A primeira etapa deste trabalho consistiu na simulação de diferentes alternativas de processos de produção de biodiesel. O método usado para a produção do biodiesel foi a transesterificação entre os óleos vegetais e um álcool, na presença de um catalisador. Entre as matérias-primas figuram os óleos de palma e os óleos alimentares usados que foram objecto de estudo nesta dissertação. Na segunda etapa realizou-se uma análise do ciclo de vida para todas as alternativas em estudo seguida de uma análise económica para as alternativas que apresentassem menores impactos e que fossem mais promissoras do ponto de vista económico. Por fim, procedeu-se à comparação das diferentes alternativas sob o ponto de vista da análise do ciclo de vida e sob o ponto de vista da análise económica. Comprovou-se a viabilidade de todos os processos e o biodiesel obtido apresentou boas especificações. Do ponto de vista da análise do ciclo de vida a melhor alternativa foi o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido para óleos alimentares usados. O processo que usa como matérias-primas os óleos virgens, o metanol e o hidróxido de sódio apresenta, no entanto, menores custos de investimento. Contudo, o processo de catálise alcalina com pré-tratamento ácido cuja matéria-prima principal são os óleos usados é muito mais rentável e apresenta menores impactes ambientais.