Characterization of the highly conserved VFMGD motif in a bacterial polyisoprenyl-phosphate N-acetylaminosugar-1-phosphate transferase

Polyisoprenyl-phosphate N-acetylaminosugar-1-phosphate transferases (PNPTs) constitute a family of eukaryotic and prokaryotic membrane proteins that catalyze the transfer of a sugar-1-phosphate to a phosphoisoprenyl lipid carrier. All PNPT members share a highly conserved 213-Valine-Phenylalanine-Methionine-Glycine-Aspartic acid-217 (VFMGD) motif. Previous studies using the MraY protein suggested that the aspartic acid residue in this motif, D267, is a nucleophile for a proposed double-displacement mechanism involving the cleavage of the phosphoanhydride bond of the nucleoside. Here, we demonstrate that the corresponding residue in the E. coli WecA, D217, is not directly involved in catalysis, as its replacement by asparagine results in a more active enzyme. Kinetic data indicate that the D217N replacement leads to more than twofold increase in V(max) without significant change in the K(m) for the nucleoside sugar substrate. Furthermore, no differences in the binding of the reaction intermediate analog tunicamycin were found in D217N as well as in other replacement mutants at the same position. We also found that alanine substitutions in various residues of the VFMGD motif affect to various degrees the enzymatic activity of WecA in vivo and in vitro. Together, our data suggest that the highly conserved VFMGD motif defines a common region in PNPT proteins that contributes to the active site and is likely involved in the release of the reaction product.

Primed, constant infusion with [H-2(3)]serine allows in vivo kinetic measurement of serine turnover, homocysteine remethylation, and transsulfuration processes in human one-carbon metabolism

Background: One-carbon metabolism involves both mitochondrial and cytosolic forms of folate-dependent enzymes in mammalian cells, but few in vivo data exist to characterize the biochemical processes involved.

Objective: We conducted a stable-isotopic investigation to determine the fates of exogenous serine and serine-derived one carbon units in homocysteine remethylation in hepatic and whole-body metabolism.

Design: A healthy man aged 23 y was administered [2,3,3 H-2(3)]serine and [5,5,5-H-2(3)]leucine by intravenous primed, constant infusion. Serial plasma samples were analyzed to determine the isotopic enrichment of free glycine, serine, leucine, methionine, and cystathionine. VLDL apolipoprotein B-100 served as an index of liver free amino acid labeling.

Results: [H-2(1)]Methionine and [H-2(2)]methionine were labeled through homocysteine remethylation. We propose that [H-2(2)]methionine occurs by remethylation with [H-2(2)]methyl groups (as 5-methyltetrahydrofolate) formed only from cytosolic processing of [H-2(3)]serine, whereas [H-2(1)]methionine is formed with labeled one-carbon units from mitochondrial oxidation of C-3 serine to [H-2(1)]formate to yield cytosolic [H-2(1)]methyl groups. The labeling pattern of cystathionine formed from homocysteine and labeled serine suggests that cystathionine is derived mainly from a serine pool different from that used in apolipoprotein B-100 synthesis.

Conclusions: The appearance of both [H-2(1)]- and [H-2(2)]methionine forms indicates that both cytosolic and mitochondrial metabolism of exogenous serine generates carbon units in vivo for methyl group production and homocysteine remethylation. This study also showed the utility of serine infusion and indicated functional roles of cytosolic and mitochondrial compartments in one-carbon metabolism.

Vitamin B-6 deficiency in rats reduces hepatic serine hydroxymethyltransferase and cystathionine beta-synthase activities and rates of in vivo protein turnover, homocysteine remethylation and transsulfuration

Vitamin B-6 deficiency causes mild elevation in plasma homocysteine, but the mechanism has not been clearly established. Serine is a substrate in one-carbon metabolism and in the transsulfuration pathway of homocysteine catabolism, and pyridoxal phosphate (PLP) plays a key role as coenzyme for serine hydroxymethyltransferase (SHMT) and enzymes of transsulfuration. In this study we used [H-2(3)]serine as a primary tracer to examine the remethylation pathway in adequately nourished and vitamin B-6-deficient rats pi and 0.1 mg pyridoxine (PN)/kg diet]. [H-2(3)]Leucine and [1-C-13]methionine were also used to examine turnover of protein and methionine pools, respectively, All tracers were injected intraperitoneally as a bolus dose, and then rats were killed (n = 4/time point) after 30, 60 and 120 min. Rats fed the low-PN diet had significantly lower growth and plasma and liver PLP concentrations, reduced liver SHMT activity, greater plasma and liver total homocysteine concentration, and reduced liver S-adenosylmethionine concentration. Hepatic and whole body protein turnover were reduced in vitamin B-6-deficient rats as evidenced by greater isotopic enrichment of [H-2(3)]leucine. Hepatic [H-2(2)]methionine production from [H-2(3)]serine via cytosolic SHMT and the remethylation pathway was reduced by 80.6% in vitamin B-6 deficiency. The deficiency did not significantly reduce hepatic cystathionine-beta-synthase activity, and in vivo hepatic transsulfuration flux shown by production of [H-2(3)]cysteine from the [H-2(3)]serine increased over twofold. In contrast, plasma appearance of [H-2(3)]cysteine was decreased by 89% in vitamin B-6 deficiency. The rate of hepatic homocysteine production shown by the ratio of [1-C-13]homocysteine/[1-C-13]methionine areas under enrichment vs. time curves was not affected by vitamin B-6 deficiency. Overall, these results indicate that vitamin B-6 deficiency substantially affects one-carbon metabolism by impairing both methyl group production for homocysteine remethylation and flux through whole-body transsulfuration.

Aminopeptidases of malaria parasites:new targets for chemotherapy

Novel targets for new drug development are urgently required to combat malaria, a disease that puts half of the world's population at risk. One group of enzymes identified within the genome of the most lethal of the causative agents of malaria, Plasmodium falciparum, that may have the potential to become new targets for antimalarial drug development are the aminopeptidases. These enzymes catalyse the cleavage of the N-terminal amino acids from proteins and peptides. P. falciparum appears to encode for at least nine aminopeptidases, two neutral aminopeptidases, one aspartyl aminopeptidase, one aminopeptidase P, one prolyl aminopeptidase and four methionine aminopeptidases. Recent advances in our understanding of these genes and their protein products are outlined in this review, including their potential for antimalarial drug development.

Production of polyclonal antibodies directed to recombinant methionyl bovine somatotropin

The administration of recombinant methionyl bovine somatotropin (rMbST) to dairy cows to increase milk yield remains a common practice in many countries including the USA, Brazil, Mexico, South Africa and Korea, whereas it has been forbidden within the European Union (EU) since 1999. A rapid screening immunoanalytical method capable of the unequivocal determination of rMbST in milk would be highly desirable in order to effectively monitor compliance with the EU-wide ban for home-made or imported dairy products. For decades, the production of specific antibodies for this recombinant isoform of bovine somatotropin (bST) has remained elusive, due to the high degree of sequence homology between both counterparts (e.g. methionine for rMbST in substitution of alanine in bST at the N-terminus). In this study, we compared several immunizing strategies for the production of specific polyclonal antibodies (pAbs), based on the use of the full-length recombinant protein, an rMbST N-terminus peptide fragment and a multiple antigen peptide (MAP) which consists of an oligomeric branching lysine core attached to the first two N-terminus amino acids of rMbST, methionine and phenylalanine (MF-MAP). The immunization with KLH-conjugated MF-MAP led to the production of the pAb with the highest rMbST/bST recognition ratio amongst the generated battery of antibodies. The pAb exhibited a specific binding ability to rMbST in a competitive antigen-coated ELISA format, which avidity was further improved after purification by rMbST N-terminus peptide-based affinity chromatography. These results suggest that immunodiscrimination between structurally related proteins can be achieved using immuno-enhanced immunogens such as MAPs. © 2012 Elsevier B.V.

Chiral thiouronium salts: synthesis, characterisation and application in NMR enantio-discrimination of chiral oxoanions

Chiral thioureas and functionalised chiral thiouronium salts were synthesised starting from the relatively cheap and easily available chiral amines: (S)-methylbenzylamine and rosin-derived (+)-dehydroabietylamine. The introduction of a delocalised positive charge to the thiourea functionality, by an alkylation reaction at the sulfur atom, enables dynamic rotameric processes: hindered rotations about the delocalised CN and CS bonds. Hence, four different rotamers/isomers may be recognised: syn-syn, syn-anti, anti-syn and anti-anti. Extensive H-1 and C-13 NMR studies have shown that in hydrogen-bond acceptor solvents, such as perdeuteriated dimethyl sulfoxide, the syn-syn conformation is preferable. On the other hand, when using non-polar solvents, such as CDCl3, the mixture of syn-syn and syn-anti isomers is detectable, with an excess of the latter. Apart from this, in the case of S-butyl-N,N'-bis(dehydroabietyl)thiouronium ethanoate in CDCl3, the H-1 NMR spectrum revealed that strong bifurcated hydrogen bonding between the anion and the cation causes global rigidity without signs of hindered rotamerism observable on the NMR time scale. This suggested that these new salts might be used as NMR discriminating agents for chiral oxoanions, and are indeed more effective than their archetypal guanidinium analogues or the neutral thioureas. The best results in recognition of a model substrate, mandelate, were obtained with S-butyl-N,N'-bis(dehydroabietyl) thiouronium bistriflamide. It was confirmed that the chiral recognition occurred not only for carboxylates but also for sulfonates and phosphonates. Further H-1 NMR studies confirmed a 1 : 1 recognition mode between the chiral agent (host) and the substrate (guest); binding constants were determined by H-1 NMR titrations in solutions of DMSO-d(6) in CDCl3. It was also found that the anion of the thiouronium salt had a significant influence on the recognition process: anions with poor hydrogen-bond acceptor abilities led to the best discrimination. The presence of host-guest hydrogen bonding was confirmed in the X-ray crystal structure of S-butyl-N,N'-bis(dehydroabietyl)thiouronium bromide and by computational studies (density functional theory).

Changed reactivity of the 1-bromo-4-nitrobenzene radical anion in a room temperature ionic liquid

Radical anions of 1-bromo-4-nitrobenzene (p-BrC6H4NO2) are shown to be reactive in the room temperature ionic liquid N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, ([C(4)mPyrr][NTf2]), by means of voltammetric measurements. In particular, they are shown to react via a DISP type mechanism such that the electrolysis of p-BrC6H4NO2 occurs consuming between one and two electrons per reactant molecule, leading to the formation of the nitrobenzene radical anion and bromide ions. This behaviour is a stark contrast to that in conventional non-aqueous solvents such as acetonitrile, dimethyl sulfoxide or N,N-dimethylformamide, which suggests that the ionic solvent promotes the reactivity of the radical anion, probably via stabilisation of the charged products.

Mutational Analysis of the Rhodopsin Gene in Sector Retinitis Pigmentosa

Background: To determine the role of rhodopsin (RHO) gene mutations in patients with sector retinitis pigmentosa (RP) from Northern Ireland.

Design: A case series of sector RP in a tertiary ocular genetics clinic.

Participants: Four patients with sector RP were recruited from the Royal Victoria Hospital (Belfast, Northern Ireland) and Altnagelvin Hospital (Londonderry, Northern Ireland) following informed consent.

Methods: The diagnosis of sector RP was based on clinical examination, International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV) standard electrophysiology, and visual field analysis. DNA was extracted from peripheral blood leucocytes and the coding regions and adjacent flanking intronic sequences of the RHO gene were polymerase chain reaction (PCR) amplified and cycle sequenced.

Main Outcome Measure: Rhodopsin mutational status.

Results: A heterozygous missense mutation in RHO (c.173C > T) resulting in a non-conservative substitution of threonine to methionine (p. Thr58Met) was identified in one patient and was absent from 360 control individuals. This non-conservative substitution (p.Thr58Met) replaces a highly evolutionary conserved polar hydrophilic threonine residue with a non-polar hydrophobic methionine residue at position 58 near the cytoplasmic border of helix A of RHO.

Conclusions: The study identified a RHO gene mutation (p.Thr58Met) not previously reported in RP in a patient with sector RP. These findings outline the phenotypic variability associated with RHO mutations. It has been proposed that the regional effects of RHO mutations are likely to result from interplay between mutant alleles and other genetic, epigenetic and environmental factors.

In Helicobacter pylori auto-inducer-2, but not LuxS/MccAB catalysed reverse transsulphuration, regulates motility through modulation of flagellar gene transcription

BACKGROUND: LuxS may function as a metabolic enzyme or as the synthase of a quorum sensing signalling molecule, auto-inducer-2 (AI-2); hence, the mechanism underlying phenotypic changes upon luxS inactivation is not always clear. In Helicobacter pylori, we have recently shown that, rather than functioning in recycling methionine as in most bacteria, LuxS (along with newly-characterised MccA and MccB), synthesises cysteine via reverse transsulphuration. In this study, we investigated whether and how LuxS controls motility of H. pylori, specifically if it has its effects via luxS-required cysteine metabolism or via AI-2 synthesis only.

RESULTS: We report that disruption of luxS renders H. pylori non-motile in soft agar and by microscopy, whereas disruption of mccAHp or mccBHp (other genes in the cysteine provision pathway) does not, implying that the lost phenotype is not due to disrupted cysteine provision. The motility defect of the DeltaluxSHp mutant was complemented genetically by luxSHp and also by addition of in vitro synthesised AI-2 or 4, 5-dihydroxy-2, 3-pentanedione (DPD, the precursor of AI-2). In contrast, exogenously added cysteine could not restore motility to the DeltaluxSHp mutant, confirming that AI-2 synthesis, but not the metabolic effect of LuxS was important. Microscopy showed reduced number and length of flagella in the DeltaluxSHp mutant. Immunoblotting identified decreased levels of FlaA and FlgE but not FlaB in the DeltaluxSHp mutant, and RT-PCR showed that the expression of flaA, flgE, motA, motB, flhA and fliI but not flaB was reduced. Addition of DPD but not cysteine to the DeltaluxSHp mutant restored flagellar gene transcription, and the number and length of flagella.

CONCLUSIONS: Our data show that as well as being a metabolic enzyme, H. pylori LuxS has an alternative role in regulation of motility by modulating flagellar transcripts and flagellar biosynthesis through production of the signalling molecule AI-2.

Concomitant osmotic and chaotropicity-induced stresses in Aspergillus wentii: compatible solutes determine the biotic window

Whereas osmotic stress response induced by solutes has been well-characterized in fungi, less is known about the other activities of environmentally ubiquitous substances. The latest methodologies to define, identify and quantify chaotropicity, i.e. substance-induced destabilization of macromolecular systems, now enable new insights into microbial stress biology (Cray et al. in Curr Opin Biotechnol 33:228–259, 2015a, doi:10.​1016/​j.​copbio.​2015.​02.​010; Ball and Hallsworth in Phys Chem Chem Phys 17:8297–8305, 2015, doi:10.​1039/​C4CP04564E; Cray et al. in Environ Microbiol 15:287–296, 2013a, doi:10.​1111/​1462-2920.​12018). We used Aspergillus wentii, a paradigm for extreme solute-tolerant fungal xerophiles, alongside yeast cell and enzyme models (Saccharomyces cerevisiae and glucose-6-phosphate dehydrogenase) and an agar-gelation assay, to determine growth-rate inhibition, intracellular compatible solutes, cell turgor, inhibition of enzyme activity, substrate water activity, and stressor chaotropicity for 12 chemically diverse solutes. These stressors were found to be: (i) osmotically active (and typically macromolecule-stabilizing kosmotropes), including NaCl and sorbitol; (ii) weakly to moderately chaotropic and non-osmotic, these were ethanol, urea, ethylene glycol; (iii) highly chaotropic and osmotically active, i.e. NH4NO3, MgCl2, guanidine hydrochloride, and CaCl2; or (iv) inhibitory due primarily to low water activity, i.e. glycerol. At ≤0.974 water activity, Aspergillus cultured on osmotically active stressors accumulated low-M r polyols to ≥100 mg g dry weight−1. Lower-M r polyols (i.e. glycerol, erythritol and arabitol) were shown to be more effective for osmotic adjustment; for higher-M r polyols such as mannitol, and the disaccharide trehalose, water-activity values for saturated solutions are too high to be effective; i.e. 0.978 and 0.970 (25 ºC). The highly chaotropic, osmotically active substances exhibited a stressful level of chaotropicity at physiologically relevant concentrations (20.0–85.7 kJ kg−1). We hypothesized that the kosmotropicity of compatible solutes can neutralize chaotropicity, and tested this via in-vitro agar-gelation assays for the model chaotropes urea, NH4NO3, phenol and MgCl2. Of the kosmotropic compatible solutes, the most-effective protectants were trimethylamine oxide and betaine; but proline, dimethyl sulfoxide, sorbitol, and trehalose were also effective, depending on the chaotrope. Glycerol, by contrast (a chaotropic compatible solute used as a negative control) was relatively ineffective. The kosmotropic activity of compatible solutes is discussed as one mechanism by which these substances can mitigate the activities of chaotropic stressors in vivo. Collectively, these data demonstrate that some substances concomitantly induce chaotropicity-mediated and osmotic stresses, and that compatible solutes ultimately define the biotic window for fungal growth and metabolism. The findings have implications for the validity of ecophysiological classifications such as ‘halophile’ and ‘polyextremophile’; potential contamination of life-support systems used for space exploration; and control of mycotoxigenic fungi in the food-supply chain.

Efficient and selective hydrogen peroxide-mediated oxidation of sulfides in batch and segmented and continuous flow using a peroxometalate-based polymer immobilised ionic liquid phase catalyst

The peroxometalate-based polymer immobilized ionic liquid phase catalyst [PO4{WO(O-2)(2)}(4)]@PIILP has been prepared by anion exchange of ring opening metathesis-derived pyrrolidinium-decorated norbornene/ cyclooctene copolymer and shown to be a remarkably efficient system for the selective oxidation of sulfides under mild conditions. A cartridge packed with a mixture of [PO4{WO(O-2)(2)}(4)]@PIILP and silica operated as a segmented or continuous flow process and gave good conversions and high selectivity for either sulfoxide (92% in methanol at 96% conversion for a residence time of 4 min) or sulfone (96% in acetonitrile at 96% conversion for a residence time of 15 min). The immobilized catalyst remained active for 8 h under continuous flow operation with a stable activity/selectivity profile that allowed 6.5 g of reactant to be processed (TON = 46 428) while a single catalyst cartridge could be used for the consecutive oxidation of multiple substrates giving activity-selectivity profiles that matched those obtained with fresh catalyst.

Novos métodos de síntese de 4-quinolonas e benzo[b]acridonas

As 4-quinolonas e as acridonas são duas importantes famílias de compostos heterocíclicos azotados naturais que apresentam uma variedade de importantes aplicações biológicas. As 4-quinolonas têm sido objecto de extensos estudos devido às suas potenciais aplicações como fortes agentes citotóxicos, antimitóticos e anti-plaquetários e como protectores cardiovasculares, mas o seu uso é principalmente como antibióticos de largo espectro. As acridonas são conhecidas por apresentarem importante actividade antiviral, antiparasitária, contra a leishmania e a malária, e anticancerígena. A variedade de importantes aplicações biológicas das 4-quinolonas e das acridonas e a contínua procura pela comunidade científica de novas substâncias com actividades biológicas atractivas destaca estes compostos como alvos interessantes para a preparação de novos derivados e/ou para o desenvolvimento de novos métodos de síntese destas duas famílias de compostos. No primeiro capítulo desta dissertação descreve-se a síntese dos compostos de partida que tiveram de ser previamente preparados para o desenvolvimento das novas rotas de síntese apresentadas nos capítulos seguintes. A 4-cloro-3- formilquinolina foi obtida através da reacção de Vilsmeier-Haack da 2’-aminoacetofenona enquanto que a 3-formilquinolin-4(1H)-ona foi facilmente preparada por hidrólise ácida da anterior. Foi necessário proteger o grupo amina da quinolin-4(1H)-ona para evitar reacções secundárias e foram descritas as reacções de protecção com o grupo metilo, etoxicarbonilo e ptoluenossulfonilo. Os 2,2-dióxidos de 1,3-di-hidrobenzo[c]tiofeno, necessários para o estudo das reacções de Diels-Alder, não se encontram disponíveis comercialmente e a sua síntese é também descrita. No segundo capítulo reporta-se uma nova e eficiente rota de síntese de (Z)- e (E)-3-estirilquinolin-4(1H)-onas a partir da reacção de Wittig da 4-cloro-3- formilquinolina e de 3-formilquinolin-4(1H)-onas com benzilidenotrifenilfosforanos. As (Z)-3-estirilquinolin-4(1H)-onas foram obtidas com elevada diastereoselectividade a partir da reacção das 3-formilquinolin- 4(1H)-onas N-protegidas enquanto que as (E)-3-estirilquinolin-4(1H)-onas foram preparadas através da reacção de Wittig da 4-cloro-3-formilquinolina seguida da hidrólise ácida das respectivas (Z)- e (E)-4-cloro-3-estirilquinolinas obtidas. Ambas as rotas sintéticas são eficientes, independentemente dos substituintes dos benzilidenotrifenilfosforanos. No terceiro capítulo, descreve-se um novo método de síntese de novas benzo[b]acridonas a partir da reacção de Diels-Alder de 3-formilquinolin-4(1H)- onas N-protegidas, que actuam como dienófilos, com dienos altamente reactivos, os orto-benzoquinodimetanos, preparados in situ através da extrusão térmica do dióxido de enxofre dos respectivos 2,2-dióxidos de 1,3-dihidrobenzo[ c]tiofeno. A reacção de cicloadição das 3-formilquinolin-4(1H)-onas N-protegidas com orto-benzoquinodimetanos origina as benzo[b]-1,6,6a,12atetra- hidroacridin-12(7H)-onas esperadas, que são o resultado da referida cicloadição seguida de desformilação in situ, e mostrou ser eficiente apenas quando o grupo amina está derivatizado com um grupo sacador de electrões. A desidrogenação destas benzo[b]-1,6,6a,12a-tetra-hidroacridin-12(7H)-onas em dimetilsulfóxido utilizando uma quantidade catalítica de iodo foi também descrita e originou como produto principal as benzo[b]acridin-12(7H)-onas N-desprotegidas. Todos os compostos novos sintetizados foram caracterizados por diversas técnicas analíticas, especialmente por estudos espectroscópicos de ressonância magnética nuclear (RMN), incluindo espectros de 1H e 13C, bidimensionais de correlação espectroscópica homonuclear e heteronuclear e de efeito nuclear de Overhauser (NOESY). Foram também efectuados, sempre que possível, espectros de massa (EM) e análises elementares ou espectros de massa de alta resolução (EMAR) para todos os compostos novos sintetizados. O tautomerismo da 3-formil- e 3-estirilquinolin-4(1H)-onas e as isomerizações (E) (Z) e rotacional das 3-estirilquinolin-4(1H)-onas e das 4-cloro-3-estirilquinolinas foram estudados através de ressonância magnética nuclear experimental (RMN 1H e 13C) e teórica [B3LYP/6-311++G(d,p)].

Calix[4]pirróis: síntese e aplicação como sensores de aniões

A presente dissertação descreve, essencialmente, o desenvolvimento de novos métodos de funcionalização de calix[4]pirróis. O uso desses calix[4]pirróis, bem como o de porfirinas e ftalocianinas, como sensores de aniões, incluindo a determinação das suas constantes de afinidade é igualmente discutido. Esta dissertação encontra-se dividida em três partes distintas. Na primeira é feita uma revisão bibliográfica acerca das metodologias de síntese dos calix[4]pirróis, bem como das suas características e aplicações. A segunda parte encontra-se subdividida em diversos pontos de acordo com o tipo de funcionalização realizada nos calix[4]pirróis. No primeiro ponto desta parte encontram-se discutidos a síntese e a caracterização do mesooctametilcalix[ 4]pirrol-2-carbaldeído e do 3-(meso-octametilcalix[4]pirrol-2- il)propenal bem como os resultados obtidos da funcionalização destes aldeídos por reacções de cicloadição 1,3-dipolar. Esses aldeídos foram usados para gerar iletos de azometino, os quais foram “apanhados” com diversos dipolarófilos, tais como o fumaronitrilo, o fumarato de dimetilo, a N-(4- metoxifenil)maleimida, a 1,4-benzoquinona e a 1,4-naftoquinona. Ambos os calixpirróis com grupo formilo deram origem a aductos de cicloadição 1,3- dipolar com rendimentos moderados ou bons, principalmente quando se utilizou fumaronitrilo, fumarato de dimetilo ou N-(4-metoxifenil)maleimida como dipolarófilos. Neste estudo verificou-se que quando as quinonas eram utilizadas como dipolarófilos apenas eram obtidos os cicloaductos do 3-(mesooctametilcalix[ 4]pirrol-2-il)propenal. No segundo ponto descrevem-se as reacções de condensação aldólica e de Knoevenagel do mesooctametilcalix[ 4]pirrol-2-carbaldeído e do 3-(meso-octametilcalix[4]pirrol-2- il)propenal. Verificou-se a ausência de resultados para as reacções de condensação aldólica mas resultados muito satisfatórios para as reacções de Knoevenagel. Foram utilizados como compostos metilénicos activados a indano-1,3-diona, o 1,3-bis(dicianometilideno)indeno, o malononitrilo, o cianoacetato de etilo, o malonato de dietilo e o ácido de Meldrum. No penúltimo ponto encontram-se discutidas as reacções dos dois aldeídos com aminas bem como a sua redução e posterior tentativa de funcionalização dos calixpirróis com grupo hidroxilo. Em ambas as tentativas os resultados foram pouco satisfatórios. No último ponto da segunda parte descrevem-se, pormenorizadamente, os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados. Na terceira parte são descritos os testes dos novos calix[4]pirróis sintetizados e também de outros derivados tetrapirrólicos, nomeadamente porfirinas e ftalocianinas, com aniões. Os calix[4]pirróis sintetizados demonstraram capacidade de interagir com diferentes aniões, e a sua capacidade de interacção é dependente dos grupos funcionais introduzidos. Verificou-se que os compostos com grupos ciano conjugados com um anel pirrólico do macrociclo apresentam constantes de afinidade mais elevadas para os aniões. A concluir esta dissertação encontra-se uma revisão da literatura sobre a utilização de porfirinas como sensores de aniões. Apresentam-se também os resultados obtidos com duas porfirinas e uma ftalocianina em tal aplicação. As porfirinas testadas apresentam elevadas constantes de afinidade com os iões fluoreto e di-hidrogenofosfato. No caso da ftalocianina verificou-se que esta interage com vários aniões, bem como com metanol e sulfóxido dimetílico, originando soluções de cores muito diferentes.

Síntese e estudos estruturais de novos materiais luminescentes

A presente dissertação teve como objectivo a síntese, caracterização e estudo das propriedades luminescentes de complexos livres e/ou imobilizados no material mesoporoso MCM-41. Na primeira parte estudaram-se complexos do tipo, Eu(NTA)3L2, onde NTA corresponte ao β-dicetonato 1-(2-naftoil)-3,3,3-trifluoro-acetonato, e L2 aos ligandos bidentados de azoto derivados do pirazolilpiridina e L aos ligandos monodentados (etil-4-piridilacetato, água, piridina e metilfenilsulfóxido). Alguns destes ligandos foram imobilizados e/ou impregnados no MCM-41, tendo-se posteriormente complexado o fragmento Eu(NTA)3. Na segunda parte estudou-se o efeito do contra-ião no complexo C[Eu(NTA)4], usando os catiões (C): tetrabutilamónio [NBu4]+, 1-butil-3-metilimidazolilo [C4mim]+ e 1-butil-3-metilpiridínio [C4mpy]+. O anião [Eu(NTA)4]- foi imobilizado no MCM-41 derivatizado com grupos 1-propil-3-metilimidazolilo. Todos os complexos preparados foram caracterizados pelas técnicas de análise elementar, termogravimetria, espectroscopias vibracionais (Infravermelho e Raman) e de ressonância magnética nuclear, e os materiais preparados foram adicionalmente analisados por difracção de raios-X de pós e ressonância magnética nuclear de estado sólido. Foram também estudadas as propriedades fotoluminescentes dos compostos, e para facilitar a análise dos resultados, nalguns casos foram preparados e caracterizados os compostos análogos de gadolínio.

Caracterização e transformação de Lenhosulfonatos de Eucalyptus globulus

Os lenhosulfonatos representam um sub-produto formado durante o cozimento ao sulfito ácido, sendo queimados para a regeneração da base e recuperação de energia. No entanto, os lenhosulfonatos são também considerados uma importante matéria-prima para a produção de vários produtos de valor acrescentado. Os objectivos principais deste trabalho foram contribuir para uma melhor compreensão sobre a caracterização química e estrutural dos lenhosulfonatos do Eucalyptus globulus, assim como, para complementar a informação disponível sobre a síntese e a caracterização estrutural e térmica de materiais poliméricos obtidos a partir de compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos. O licor de cozimento ao sulfito foi analisado em termos do teor de cinzas, extractáveis, compostos voláteis, açúcares e lenhosulfonatos. O teor de cinzas e açúcares no licor de cozimento é muito elevado, tendo sido necessário purificar o mesmo (2,8-13,8 % e 3,2-9,1 %, respectivamente). A análise dos açúcares mostrou uma quantidade considerável de pentoses, sendo o açúcar predominante a xilose. Os lenhosulfonatos foram purificados, isolados e caracterizados por química molhada (titulação potenciométrica e oxidação com permanganato), análise elementar, espectroscopia de ultravioleta/visível (UV/Vis), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão (RMN de 1H) e carbono (RMN de 13C), espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS), cromatografia de permeação em gel (GPC), termogavimetria (TGA) e calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Os lenhosulfonatos são constituídos principalmente por unidades S, são parcialmente sulfonados e possuem um peso molecular relativamente baixo (Mw = 1250-2400 Da). A ruptura das ligações β-O-4 e α-O-4 da lenhina do Eucalyptus globulus após cozimento ao sulfito ácido originam olígomeros de baixo peso molecular cuja estrutura foi elucidada por RMN 1D/2D e ESI-MS. A degradação térmica dos lenhosulfonatos apresentou dois máximos de degradação a 188-190ºC e a 315-380ºC. As curvas de DSC mostraram um pico endotérmico para temperaturas inferiores a 130ºC e um pico exotérmico a 300-500ºC. Os lenhosulfonatos foram despolimerizados na presença de oxigénio molecular em meio alcalino. Os produtos de oxidação principais foram o aldeído siríngico, a vanilina, o ácido vanílico e o ácido siríngico. A adição do catalisador (sal de cobre) promoveu a oxidação dos lenhosulfonatos aumentando o rendimento dos aldeídos aromáticos (< 50%). A presença de açúcares nos lenhosulfonatos teve um efeito negativo no rendimento dos produtos de oxidação principais. Alguns compostos modelo dos produtos de oxidação dos lenhosulfonatos foram polimerizados por poliadição (catiónica e radicalar) e policondensação. Os monómeros e os polímeros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier e reflectância total atenuada (FTIR-ATR), RMN em solução e no estado sólido, UV/Vis no estado sólido, GPC, difracção de raios-X (XRD), TGA e DSC. Os compostos modelo estudados foram os estirenos metoxi-substituídos (p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno) e os ácidos hidroxi aromáticos metoxi-substituídos (ácido vanílico e ácido siríngico). O 3,4-dimetoxiestireno foi ainda copolimerizado com o éter isobutil vinílico e os seus copolímeros foram desmetilados, assim como, o poli(p-metoxiestireno) e o poli(3,4-dimetoxiestireno). A polimerização catiónica do p-metoxiestireno e 3,4-dimetoxiestireno é mais rápida e mais completa do que a polimerização radicalar produzindo polímeros com pesos moleculares elevados. O poli(p-metoxiestireno) (Mw = 235000 Da) possui um peso molecular maior do que o poli(3,4-dimetoxiestireno) (Mw = 18800 Da). A estabilidade térmica e a temperatura de transição vítrea diminuiram com a presença do segundo grupo metoxilo. A desmetilação dos homopolímeros foi bem sucedida, tendo sido corroborada por FTIR-ATR e RMN. A policondensação do ácido siríngico foi dificultada pela presença do segundo grupo metoxilo, tendo sido necessário adicionar uma maior quantidade do agente de condensação devido a factores estéricos. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) são insolúveis na maior parte dos solventes orgânicos, sendo parcialmente solúveis em clorofórmio, ácido triflúoracético, 1,1,2,2- tetracloroetano, dimetilsulfóxido, tetrahidrofurano, N,N’-dimetilformamida e 1,1,1,3,3,3-hexaflúor-2-propanol. A estabilidade térmica diminuiu com a presença do segundo grupo metoxilo e os dois polímeros não exibiram temperatura de transição vítrea. O poli(ácido vanílico) e poli(ácido siríngico) apresentaram uma estrutura muito cristalina (grau de cristalinidade 70% e 50%, respectivamente). O segundo grupo metoxilo aumentou o valor da absorvância, mas a forma do espectro de UV/Vis foi similar. A polimerização catiónica do éter isobutil vinílico resultou na produção de um polímero muito viscoso com peso molecular elevado (Mw = 20400 Da). A degradação térmica do polímero ocorreu em várias gamas de temperatura e foi completa (0% de resíduo a 800ºC). A copolimerização catiónica do 3,4-dimetoxiestireno com o éter isobutil vinílico foi realizada com proporções diferentes 80:20, 50:50 e 20:80. Os copolímeros apresentaram uma viscosidade elevada e um peso molecular baixo (Mw = 2000-4000 Da) que aumentou com a quantidade de éter isobutil vinílico. A degradação térmica dos copolímeros ocorreu também em várias gamas de temperatura, sendo a sua degradação completa (0,9-1,5% de resíduo a 800ºC). A desmetilação dos copolímeros não foi bem sucedida, tendo sido confirmada por FTIR-ATR e RMN.