Analysis of metabolic pathways by the growth of cells in the presence of organic solvents.

A new approach to the analysis of metabolic pathways involving poorly water-soluble intermediates is proposed. It relies upon the ability of the hydrophobic intermediates formed by a sequence of intracellular reactions to cross the membrane(s) and partition between aqueous and organic phases, when cells are incubated in the presence of a nonpolar and nontoxic organic solvent. As a result of this thermodynamically driven efflux of the formed intermediates from the cell, they accumulate in the organic medium in sufficient quantities for GC-MS analysis and identification. This enables direct determination of the sequence of chemical reactions involved with no requirement for the isolation of each individual metabolite from a cell-free extract. The feasibility of the proposed methodology has been demonstrated by the elucidation of the biosynthesis of (R)-gamma-decalactone from (R)-ricinoleic acid catalyzed by the yeast Sporidiobolus ruinenii grown in the presence of decane. The corresponding 4-hydroxy-acid intermediates, formed in the course of beta-oxidation of (R)-ricinoleic acid, were simultaneously observed in a single experiment on the same chromatogram. Potential applications of this proposed methodology are briefly discussed.

Negative activation enthalpies in the kinetics of protein folding.

Although the rates of chemical reactions become faster with increasing temperature, the converse may be observed with protein-folding reactions. The rate constant for folding initially increases with temperature, goes through a maximum, and then decreases. The activation enthalpy is thus highly temperature dependent because of a large change in specific heat (delta Cp). Such a delta Cp term is usually presumed to be a consequence of a large decrease in exposure of hydrophobic surfaces to water as the reaction proceeds from the denatured state to the transition state for folding: the hydrophobic side chains are surrounded by "icebergs" of water that melt with increasing temperature, thus making a large contribution to the Cp of the denatured state and a smaller one to the more compact transition state. The rate could also be affected by temperature-induced changes in the conformational population of the ground state: the heat required for the progressive melting of residual structure in the denatured state will contribute to delta Cp. By examining two proteins with different refolding mechanisms, we are able to find both of these two processes; barley chymotrypsin inhibitor 2, which refolds from a highly unfolded state, fits well to a hydrophobic interaction model with a constant delta Cp of activation, whereas barnase, which refolds from a more structured denatured state, deviates from this ideal behavior.

Catalytically critical nucleotide in domain 5 of a group II intron.

Domain 5 (D5) is a small hairpin structure within group II introns. A bimolecular assay system depends on binding by D5 to an intron substrate for self-splicing activity. In this study, mutations in D5 identify two among six nearly invariant nucleotides as being critical for 5' splice junction hydrolysis but unimportant for binding. A mutation at another site in D5 blocks binding. Thus, mutations can distinguish two D5 functions: substrate binding and catalysis. The secondary structure of D5 may resemble helix I formed by the U2 and U6 small nuclear RNAs in the eukaryotic spliceosome. Our results support a revision of the previously proposed correspondence between D5 and helix I on the basis of the critical trinucleotide 5'-AGC-3' present in both. We suggest that this trinucleotide plays a similar role in promoting the chemical reactions for both splicing systems.

Tuberculostáticos potenciais planejados com base na estrutura de maltosiltransferase (GlgE) de mycobacterium tuberculosis. Estudo da síntese por meio de micro-ondas

A tuberculose (TB) é uma doença infectocontagiosa, causada por micobactérias do complexo Mycobacterium, principalmente, o M. tuberculosis. Praticamente extinta em países desenvolvidos, antigamente denominados Países de Primeiro Mundo, a tuberculose voltou a ter foco mundial dada a sua crescente taxa de incidência e mortalidade. Segundo a Organização Mundial de Saúde, a TB, hoje, figura como principal causa de morte por doenças infectocontagiosas em todo mundo, com a incidência de 8,6 milhões de novos casos ao ano e cerca de 1,5 milhões de mortes. O principal desafio no tratamento da tuberculose é a multirresistência de M. tuberculosis frente aos fármacos disponíveis. Sendo assim, a busca de novos fármacos antituberculose e o estudo de novos alvos são necessários para superar essa situação. Frente à necessidade de exploração de novos alvos e ante a indicação da maltosiltransferase (GlgE) como novo alvo potencialmente promissor contra M. tuberculosis, este projeto pretendeu viabilizar a síntese de análogos da glicose (análoga do substrato natural da GlgE, a maltose 1-fosfato) por meio de rotas sintéticas que fazem uso do micro-ondas. Essas rotas sintéticas seguem os princípios da click chemistry, que são reações químicas modulares, cujas condições reacionais são simples e resultam em produtos de fácil purificação. O presente trabalho também visou à comparação entre o método convencional de síntese de triazóis e aquele que utiliza o micro-ondas, no que se refere aos os tempos de reação, às condições reacionais e aos rendimentos com derivados sintetizados no Laboratório de Planejamento e Síntese de Quimioterápicos Potencialmente Ativos em Doenças Negligenciadas (LAPEN). Entretanto, não obteve-se sucesso na etapa final da rota sintética, a glicosilação. Nos demais métodos sintéticos o micro-ondas mostrou-se uma valiosa ferramenta para obtenção dos compostos triazólicos.

Degradação enzimática de clorofenol em microrreator.

O microrreator faz parte de conjunto de dispositivos de uma nova e promissora tecnologia, que podem ser chamados de micro fabricados, atuante em campos como a da química, biológica, farmacêutica, engenharia química e biotecnologia. Trata-se de um dispositivo que possibilita reação química, tais como os reatores convencionais, mas com dimensões menores, com canais na escala micrométrica. A tecnologia de miniaturização de dispositivos para reações químicas vem se expandindo promovendo uma importante evolução, com microssistemas que abrange dispositivos mais eficazes, com configuração e geometrias específicas e menor consumo de energia, onde reações com elevadas taxas de transporte podem ser usadas para muitas finalidades diferentes, tais como, reações rápidas, mistura, reações sensíveis à temperatura, temperatura de homogeneização, ou até mesmo precipitação de nano partículas. Devido sua escala ser extremamente reduzida em relação à escala macro, oferecem um sistema que permite uma investigação do processo em um curto espaço de tempo, sendo muito útil para o rastreio de substratos, enzimas, condições de reação, bem como a determinação de parâmetros cinéticos. O presente trabalho teve por objetivo estudar a biodegradação enzimática de 2,4,6-Triclorofenol, com a utilização das enzimas Lacase e Soybean Peroxidase em microrreator da Syrris com volume de 250 ?l, que permite o estudo de cinéticas muito rápidas. Para as análises de degradação utilizou-se duas enzimas, a Lacase em concentrações de 0,05; 0,1 e 0,2 mg/ml; e a Soybean Peroxidase em concentrações de 0,0005; 0,001 e 0,002 mg/ml com a adição de Peróxido de Hidrogênio. Através dos ensaios realizados obteve-se dados experimentais da reação enzimática, possibilitando a verificação da taxa inicial de reação e sua cinética. Posteriormente, realizou-se as análises em simulação utilizando os dados experimentais, que através de um sistema de EDOs estimando inicialmente as constantes cinéticas k1, k2 e k3 usando a ferramenta ESTIMA, onde apresentaram duas respostas, uma resposta típica de mínimos quadrados, e a outra resposta que a velocidade inicial, que foi melhor representada pelos parâmetros obtidos. O método empregado na degradação do substrato, o microrreator mostrou-se eficiente, permitindo a detecção de baixo consumo de substrato para a determinação da taxa inicial, em curto tempo de residência. Perante os ensaios realizados com Lacase e Soybean Peroxidase, o microrreator é também um equipamento eficaz na repetitividade e na reprodutibilidade dos dados obtidos em diferentes concentrações.

Reações de sulfanilação pela catálise por transferência de fase de algumas 2-sulfinilciclanonas, racêmicas e opticamente ativas, empregando catalisador não quirálico e alguns quirálicos

A presente tese trata das reações de sulfanilação de algumas 2-sulfinilciclanonas racêmicas pelo método de catálise por transferência de fase (CTF), seja usando cloreto de benziltrietilamônio (TEBAC) seja usando catalisador quirálico. As reações de sulfanilação pelo método de CTF empregando TEBAC, forneceram produtos sulfanilados em altos rendimentos (75-93%), enquanto que as reações empregando a mesma metodologia, utilizando catalisadores quirálicos, conduziram não só a altos rendimentos, mas também a um aumento no excesso diastereomérico. Foram determinadas as configurações relativas da 2metilsulfanil- 2-metilsulfinilciclopentanona e 2-p-tolilsulfanil-2metilsulfinilcicloexanona pela análise de difração de Raios-X como sendo 2S*SS*. A parte final da Tese contém reações de sulfanilação da 2-metilsulfinilciclopentanona e 2-metilsulfinilcicloexanona opticamente ativas. É digno de nota que estas, ao contrário da 2-p-tolilsulfinil ciclanonas, descritas na literatura, conduziram a produtos sulfanilados estáveis. Finalmente, a tese mostra um exemplo de condensação aldólica assimétrica partindo da 2-metilsulfanil-2-metilsulfinilcicloexanona opticamente ativa. Com base no conhecimento da configuração deste último composto, foi possível esclarecer o mecanismo da indução assimétrica.

Estudo da reação de epoxidação do óleo de soja em condição de remoção de calor máxima.

Óleo de soja epoxidado (OSE) é um produto químico há muito tempo utilizado como co-estabilizante e plastificante secundário do poli (cloreto de vinila) (PVC), ou seja, como um material que tem limitações na quantidade máxima que pode ser usada no composto de PVC. A sua aplicação como plastificante primário, ou seja, como o principal elemento plastificante no composto de PVC, e como base para outros plastificantes de fontes renováveis, tem aumentado nos últimos anos, principalmente devido a melhorias de desempenho e à redução do custo do OSE em comparação com plastificantes tradicionais. A reação de epoxidação do óleo de soja é bem conhecida e ocorre em duas fases líquidas, com reações em ambas as fases, e transferência de massa entre as fases. O processo industrial mais utilizado conta com formação in-situ do ácido perfórmico, através da adição gradativa do principal reagente, o peróxido de hidrogênio a uma mistura agitada de ácido fórmico e óleo de soja refinado. Industrialmente, o processo é realizado em batelada, controlando a adição do reagente peróxido de hidrogênio de forma que a geração de calor não ultrapasse a capacidade de resfriamento do sistema. O processo tem um ciclo que pode variar entre 8 e 12 horas para atingir a conversão desejada, fazendo com que a capacidade de produção seja dependente de investimentos relativamente pesados em reatores agitados mecanicamente, que apresentam diversos riscos de segurança. Estudos anteriores não exploram em profundidade algumas potenciais áreas de otimização e redução das limitações dos processos, como a intensificação da transferência de calor, que permite a redução do tempo total de reação. Este trabalho avalia experimentalmente e propõe uma modelagem para a reação de epoxidação do óleo de soja em condições de remoção de calor máxima, o que permite que os reagentes sejam adicionados em sua totalidade no início da reação, simplificando o processo. Um modelo foi ajustado aos dados experimentais. O coeficiente de troca térmica, cuja estimativa teórica pode incorrer em erros significativos, foi calculado a partir de dados empíricos e incluído na modelagem, acrescentando um fator de variabilidade importante em relação aos modelos anteriores. O estudo propõe uma base teórica para potenciais alternativas aos processos adotados atualmente, buscando entender as condições necessárias e viáveis em escala industrial para redução do ciclo da reação, podendo inclusive apoiar potenciais estudos de implementação de um reator contínuo, mais eficiente e seguro, para esse processo.

Concepção de um receptor de cavidade para concentração de energia solar para aplicação em reatores químicos.

Este trabalho dimensionou um receptor de cavidade para uso como reator químico de um ciclo de conversão de energia solar para energia química. O vetor energético proposto é o hidrogênio. Isso implica que a energia solar é concentrada em um dispositivo que absorve a radiação térmica e a transforma em energia térmica para ativar uma reação química endotérmica. Essa reação transforma o calor útil em gás hidrogênio, que por sua vez pode ser utilizado posteriormente para geração de outras formas de energia. O primeiro passo foi levantar os pares metal/óxido estudados na literatura, cuja finalidade é ativar um ciclo termoquímico que possibilite produção de hidrogênio. Esses pares foram comparados com base em quatro parâmetros, cuja importância determina o dimensionamento de um receptor de cavidade. São eles: temperatura da reação; estado físico de reagentes e produtos; desgaste do material em ciclos; taxa de reação de hidrólise e outros aspectos. O par escolhido com a melhor avaliação no conjunto dos parâmetros foi o tungstênio e o trióxido de tungstênio (W/WO3). Com base na literatura, foi determinado um reator padrão, cujas características foram analisadas e suas consequências no funcionamento do receptor de cavidade. Com essa análise, determinaram-se os principais parâmetros de projeto, ou seja, a abertura da cavidade, a transmissividade da janela, e as dimensões da cavidade. Com base nos resultados anteriores, estabeleceu-se um modelo de dimensionamento do sistema de conversão de energia solar em energia útil para um processo químico. Ao se analisar um perfil de concentração de energia solar, calculou-se as eficiências de absorção e de perdas do receptor, em função da área de abertura de um campo de coleta de energia solar e da radiação solar disponível. Esse método pode ser empregado em conjunto com metodologias consagradas e dados de previsão de disponibilidade solar para estudos de concentradores de sistemas de produção de hidrogênio a partir de ciclos termoquímicos.

Three-way catalysts: past, present and future

In this article, the past and the state-of-the-art in Three-Way Catalyst (TWC) technology are reviewed. The main chemical reactions occurring in a gasoline engine are discussed and also the main reactions taking place in a TWC placed in the tailpipe, namely CO and hydrocarbons oxidation and nitrogen oxides reduction to molecular nitrogen. The main components of a TWC (substrates, noble metals and cerium oxides) and their role in the different chemical reactions occurring in a TWC are described. Finally, the problem of diesel vehicles gas aftertratment is described, and the current state-of-the art in catalytic converters for these vehicles are commented.

Argamassas de auto-limpeza : da formulação às aplicações

Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual das cidades, designadamente no espaço edificado/ construído. A sujidade é uma ameaça que, junto com os graffitis, tem contribuído para a degradação precoce dos espaços urbanos. A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar nas cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertação de mestrado ambiciona contribuir para a sistematização da informação existente sobre a produção e caracterização de argamassas de auto-limpeza. As argamassas de auto-limpeza são produzidas por uma de duas formas: com a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) na sua matriz ou com a aplicação de um filme fino à base de TiO2 na sua superfície. Esta segunda é apontada como a técnica mais eficaz e económica. Salienta-se o facto do TiO2 ser um dos nanomateriais mais utilizados na construção pelas suas propriedades fotocatalíticas que o capacitam como um dos mais exímios fotocatalisadores, aquando da fotocatálise heterogénea. É graças ao processo de fotodegradação química da fotocatálise, que na presença de luz solar e da ação da água, que o TiO2 é ativado, desencadeando reações químicas que aumentam a eficácia e eficiência fotocatalítica. Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigação recentes que comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza é adequado e benéfico em intervenções em edifícios novos como em obras de conservação e reabilitação de edifícios antigos. Além de reduzirem os investimentos em obras de limpeza, manutenção/conservação e reabilitação, prolongam a conservação das fachadas e melhoram os níveis da qualidade do ar. Apesar do crescente número de patentes pedidas e concedidas nesta área, as normas aplicáveis ainda não se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experiência do Japão deve ser tida como exemplo para que os restantes países desenvolvam de forma consensual as suas próprias normas e patentes, permitindo, futuramente, conferir maior credibilidade, segurança no uso dos nanomateriais e uma maior permeabilidade no setor da construção. Elencam-se alguns nano-produtos à base de nano TiO2 comercializados que têm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japão e na Alemanha.

Geochemistry, isotopic ratios and aldehyde concentrations of frost flowers, snow and ice near Barrow, Alaska

Frost flowers, intricate featherlike crystals that grow on refreezing sea ice leads, have been implicated in lower atmospheric chemical reactions. Few studies have presented chemical composition information for frost flowers over time and many of the chemical species commonly associated with Polar tropospheric reactions have never been reported for frost flowers. We undertook this study on the sea ice north of Barrow, Alaska to quantify the major ion, stable oxygen and hydrogen isotope, alkalinity, light absorbance by soluble species, organochlorine, and aldehyde composition of seawater, brine, and frost flowers. For many of these chemical species we present the first measurements from brine or frost flowers. Results show that major ion and alkalinity concentrations, stable isotope values, and major chromophore (NO3- and H2O2) concentrations are controlled by fractionation from seawater and brine. The presence of these chemical species in present and future sea ice scenarios is somewhat predictable. However, aldehydes, organochlorine compounds, light absorbing species, and mercury (part 2 of this research and Sherman et al. (2012, doi:10.1029/2011JD016186)) are deposited to frost flowers through less predictable processes that probably involve the atmosphere as a source. The present and future concentrations of these constituents in frost flowers may not be easily incorporated into future sea ice or lower atmospheric chemistry scenarios. Thinning of Arctic sea ice will likely present more open sea ice leads where young ice, brine, and frost flowers form. How these changing ice conditions will affect the interactions between ice, brine, frost flowers and the lower atmosphere is unknown.

Measurements of organic complexation of iron during the CARUSO-EISENEX experiment

The speciation of strongly chelated iron during the 22-day course of an iron enrichment experiment in the Atlantic sector of the Southern Ocean deviates strongly from ambient natural waters. Three iron additions (ferrous sulfate solution) were conducted, resulting in elevated dissolved iron concentrations (Nishioka, J., Takeda, S., de Baar, H.J.W., Croot, P.L., Boye, M., Laan, P., Timmermans, K.R., 2005, Changes in the concentration of iron in different size fractions during an iron enrichment experiment in the open Southern Ocean. Marine Chemistry, doi:10.1016/j.marchem.2004.06.040) and significant Fe(II) levels (Croot, P.L., Laan, P., Nishioka, J., Strass, V., Cisewski, B., Boye, M., Timmermans, K.R., Bellerby, R.G., Goldson, L., Nightingale, P., de Baar, H.J.W., 2005, Spatial and Temporal distribution of Fe(II) and H2O2 during EisenEx, an open ocean mescoscale iron enrichment. Marine Chemistry, doi:10.1016/j.marchem.2004.06.041). Repeated vertical profiles for dissolved (filtrate < 0.2 µm) Fe(III)-binding ligands indicated a production of chelators in the upper water column induced by iron fertilizations. Abiotic processes (chemical reactions) and an inductive biologically mediated mechanism were the likely sources of the dissolved ligands which existed either as inorganic amorphous phases and/or as strong organic chelators. Discrete analysis on ultra-filtered samples (< 200 kDa) suggested that the produced ligands would be principally colloidal in size (> 200 kDa-< 0.2 µm), as opposed to the soluble fraction (< 200 kDa) which dominated prior to the iron infusions. Yet these colloidal ligands would exist in a more transient nature than soluble ligands which may have a longer residence time. The production of dissolved Fe-chelators was generally smaller than the overall increase in dissolved iron in the surface infused mixed layer, leaving a fraction (about 13-40%) of dissolved Fe not bound by these dissolved Fe-chelators. It is suggested that this fraction would be inorganic colloids. The unexpected persistence of such high inorganic colloids concentrations above inorganic Fe-solubility limits illustrates the peculiar features of the chemical iron cycling in these waters. Obviously, the artificial about hundred-fold increase of overall Fe levels by addition of dissolved inorganic Fe(II) ions yields a major disruption of the natural physical-chemical abundances and reactivity of Fe in seawater. Hence the ensuing responses of the plankton ecosystem, while in itself significant, are not necessarily representative for a natural enrichment, for example by dry or wet deposition of aeolian dust. Ultimately, the temporal changes of the Fe(III)-binding ligand and iron concentrations were dominated by the mixing events that occurred during EISENEX, with storms leading to more than an order of magnitude dilution of the dissolved ligands and iron concentrations. This had strongest impact on the colloidal size class (> 200 kDa-< 0.2 µm) where a dramatic decrease of both the colloidal ligand and the colloidal iron levels (Nishioka, J., Takeda, S., de Baar, H.J.W., Croot, P.L., Boye, M., Laan, P., Timmermans, K.R., 2005, Changes in the concentration of iron in different size fractions during an iron enrichment experiment in the open Southern Ocean. Marine Chemistry, doi:10.1016/j.marchem.2004.06.040) was observed.

Total organic carbon, bitumen ratio, hopane and sterane parameters of ODP Sites 128-798 and 128-799

Notable compositional changes of organic matter are observed below the silica transition zone in thermally immature sediments. The increase of bitumen ratio, and hopane and sterane isomerization parameters indicate an acceleration of the kinetics of the chemical reactions which transform the organic matter. This phenomenon is probably due to the numerous mineral and textural changes induced by the transformation of amorphous biogenic silica into crystalline authigenic silica.

Side impact padding integration study. Final report.

Mode of access: Internet.

An assessment of the potential impact of combustion research on internal combustion engine emissions and fuel consumption. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Office of Research and Development, Washington, D.C.