I. Configurational stability and redistribution equilibria in organomagnesium compounds. II. Redistribution equilibria in organocadmium compounds

I. CONFIGURATIONAL STABILITY AND REDISTRIBUTION EQUILIBRIA IN ORGANOMAGNESIUM COMPOUNDS

The dependence of the rate of inversion of a dialkylmagnesium compound on the solvent has been studied.

Examination of the temperature dependence of the nuclear magnetic resonance spectrum of 1-phenyl-2-propylmagnesium bromide in diethyl ether solution indicates that inversion of configuration at the methylene group of this Grignard reagent occurs with an approximate rate of 2 sec^-1 at room temperature. This is the first example of a rapid inversion rate in a secondary Grignard reagent.

The rates of exchange of alkyl groups between dineopentylmagnesium and di-s-butylmagnesium, bis-(2-methylbutyl)-magnesium and bis-(4, 4-dimethyl-2-pentyl)-magnesium respectively in diethyl ether solution were found to be fast on the nmr time scale. However, the alkyl group exchange rate was found to be slow in a diethyl ether solution of dineopentylmagnesium and bis-(2-methylbutyl)-magnesium containing N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine. The unsymmetrical species neopentyl-2-methylbutyl-magnesium was observed at room temperature in the nmr spectrum of the solution containing the diamine.

II. REDISTRIBUTION EQUILIBRIA IN ORGANOCADMIUM COMPOUNDS

The exchange of methyl groups in dimethylcadmium has been studied by nuclear magnetic resonance spectroscopy. Activation parameters for the methyl group exchange have been measured for a neat sample and for a solution in tetrahydrofuran. The exchange is faster in the basic solvent tetrahydrofuran relative to the neat sample and in tetrahydrofuran solution is retarded by the solvating agent N, N, N’, N’-tetramethylethylenediamine and greatly increased by cadmium bromide. The addition of methanol to a solution of dimethylcadmium in tetrahydrofuran appears to have very little effect on the rate of exchange. The exchange was found to proceed with retention of configuration. The rate-limiting step for the exchange of methyl groups in a basic solvent appears to be the dissociation of coordinating solvent from dimethylcadmium.

The equilibrium between methylcadmium bromide, dimethylcadmium and cadmium bromide in tetrahydrofuran solution has also been studied. At room temperature the interconversion of the species is very fast on the nmr time scale but at -100° distinct absorptions for methylcadmium bromide and imethylcadmium are observed.

The species ethylmethylcadmium has been observed in the nmr spectrum.

The rate of exchange of vinyl groups in a solution of divinylcadmium in tetrahydrofuran has been found to be fast on the nmr time scale.

Modelagem, simulação e otimização operacional de unidades de síntese de metanol

A indústria de processos químicos tem sofrido consideráveis transformações devido ao acirramento da competitividade. Importantes progressos tecnológicos têm sido atingidos através de técnicas de modelagem, simulação e otimização visando o aumento da lucratividade e melhoria contínua nos processos industriais. Neste contexto, as plantas de metanol, um dos mais importantes produtos petroquímicos, podem ser destacadas. Atualmente, a principal matéria-prima para obtenção de metanol é o gás natural. A produção do metanol é caracterizada por três etapas: geração de gás de síntese, conversão do gás de síntese em metanol (unidade de síntese ou loop de síntese) e purificação do produto na especificação requerida. Os custos fixos e variáveis da unidade de síntese são fortemente dependentes das variáveis operacionais, como temperatura, pressão, razão de reciclo e composição da carga. Desta forma, foi desenvolvido um conjunto de modelos e algoritmos computacionais para representar matematicamente unidades de síntese de metanol. O modelo apresenta operações unitárias associadas aos seguintes equipamentos: divisores de correntes, misturadores de correntes, compressores, trocadores de calor, vasos de flash e reatores. Inicialmente, foi proposto um simulador estacionário, que serviu como base para um pseudo-estacionário, o qual contempla a desativação do catalisador por sinterização térmica. Os simuladores foram criados segundo uma arquitetura seqüencial modular e empregou-se o método de substituição sucessiva para a convergência dos reciclos. O estudo envolveu dois fluxogramas típicos, um constituído por reatores adiabáticos em série, enquanto o outro constituído por um reator tipo quench. Uma análise do efeito das principais variáveis operacionais foi realizada para o reator e para o loop de síntese. Estudou-se também o efeito da desativação do catalisador ao longo do tempo. Uma ferramenta de otimização operacional foi empregada para alcançar a máxima produção manipulando as injeções de carga fria na entrada dos leitos catalíticos. Formulou-se também um problema de maximização do lucro em função da otimização de paradas da unidade para troca do catalisador. Os resultados obtidos apontam que a ferramenta desenvolvida é promissora para a compreensão e otimização da unidade objeto deste estudo

Transformação de metanol em olefinas leves catalisada por zeólitas HZSM-5

A reação de transformação de MeOH em olefinas leves foi investigada sobre zeólitas HZSM-5 com razões SiO2/Al2O3 (SAR) iguais a 30, 80 e 280. As propriedades ácidas e texturais da amostra com SAR 30 foram modificadas por impregnação com ácido fosfórico. A caracterização físico-química das amostras foi realizada empregando-se as técnicas de FRX, fisissorção de N2, DRX, DTP de NH3 e IV com adsorção de piridina. O desempenho catalítico das mesmas foi comparado tanto em condições reacionais similares (mesma T, pressão parcial de MeOH e WHSV) como em condições de isoconversão. Verificou-se, que quanto maior a SAR da zeólita, menor a densidade total e a força dos sítios ácidos presentes, sendo este efeito mais significativo para os sítios de Brönsted. O efeito do aumento da SAR favoreceu a estabilidade catalítica e a formação de olefinas leves, principalmente propeno. No caso das amostras contendo fósforo, foi observada uma redução linear na área específica BET e no volume de microporos com o aumento do teor de fósforo. Estes resultados, aliados aos obtidos por DRX, sugerem que a redução mais significativa na área específica e no volume de microporos pode ser associada à redução na cristalinidade e à formação de espécies amorfas contendo fósforo, que bloqueariam a estrutura porosa da zeólita. Não se observou alteração significativa na força dos sítios fracos, enquanto a força dos sítios fortes diminuiu significativamente. As amostras apresentando menor SAR e menor teor de fósforo foram mais ativas. Por outro lado, em condições de isoconversão de 916%, a amostra mais seletiva à formação de olefinas foi aquela com maior SAR. Dentre as amostras impregnadas, aquela contendo 4% de fósforo foi a mais seletiva a propeno, enquanto a que continha 6% foi mais seletiva a eteno. A amostra com SAR igual a 280 foi investigada variando-se a temperatura de reação (400, 500 e 540C) e a pressão parcial de metanol (0,038; 0,083 e 0,123 atm), através de um planejamento experimental do tipo Box-Benhnken (32). O rendimento otimizado em olefinas leves foi alcançado a 480C e 0,08 atm. O modelo proposto descreveu bem os dados experimentais e evidenciou a existência de uma faixa ótima de temperatura para maximização do rendimento em propeno e eteno, o qual foi também afetado pela pressão parcial de MeOH na faixa estudada. Palavras-chave: ZSM-5, olefinas, propeno, eteno, processo MTO, fósforo.

Avaliação do potencial antimalárico de Norantea brasiliensis Choisy (Marcgraviaceae) cultivada in vitro e in vivo

A malária é uma doença infecciosa causada por protozoários do gênero Plasmodium, transmitidos ao homem, principalmente, através da picada do mosquito infectado. O tratamento é realizado por meio do uso de drogas, como a cloroquina, uma vez que não há vacina eficiente contra a doença. Porém, a resistência dos parasitos aos medicamentos tem levado à busca por novas substâncias com atividade antimalárica, inclusive de origem vegetal. Nesse contexto, o presente trabalho teve por objetivo avaliar a atividade antimalárica de extratos metanólicos de Norantea brasiliensis cultivada sob condições in vivo e in vitro, espécie nativa ocorrente em restingas, com potencial medicinal já comprovado para várias atividades. Foram desenvolvidos protocolos de calogênese e cultura de raízes da espécie visando à definição de um sistema de produção de metabólitos. Para a cultura in vitro, explantes foram inoculados em meio líquido e sólido contendo diferentes fitorreguladores e concentrações. A partir da cultura de tecidos, foram testados extratos do material produzido biotecnologicamente para comparação com o material botânico cultivado no campo. Os testes sobre o potencial antimalárico foram realizados in vivo, utilizando-se camundongos infectados pelo Plasmodium berghei ANKA, e in vitro utilizando o Plasmodium falciparum. Em seguida foram administrados a cloroquina e os extratos vegetais. A parasitemia foi observada seguindo os protocolos já estabelecidos pelo Laboratório de Imunofarmacologia do Instituto Oswaldo Cruz (IOC). Resultados mostraram que explantes foliares e caulinares de plantas germinadas in vitro, inoculados em meio sólido B5 suplementado com 2,0 mg.mL-1 de ANA, são as melhores fontes para a produção de raízes, apresentando maiores valores de peso fresco e peso seco, mostrando-se um sistema promissor para a produção in vitro de metabólitos da espécie. A avaliação da atividade antimalárica in vivo revelou seu potencial a partir de extrato de raízes de planta cultivada in vivo, na concentração de 50 mg/kg apresentando redução significativa da parasitemia quando comparada com o controle não tratado. Paralelamente, nos testes in vitro a concentração de 100 μg/kg do extrato de raízes de planta cultivada in vivo apresentou diferença significativa quando comparada com as outras concentrações testadas e o controle negativo. Além disso, há uma tendência de aumento do efeito inibitório conforme o aumento da concentração do extrato. Os resultados indicam o potencial de atividade antimalárica em raízes de N. brasiliensis, sendo este estudo o primeiro realizado para a espécie

Estudo da atividade anti-inflamatória e toxicológica em extratos de corais do gênero Tubastraea

O ambiente marinho é um dos ecossistemas mais diversos e complexos em termos de biodiversidade. As condições químicas, físicas e biológicas desse ambiente favorecem a produção de uma variedade de substâncias pela biota, transformando os produtos naturais marinhos em um dos recursos promissores na pesquisa por novos compostos bioativos. O gênero Tubastraea (Scleractinia, Dendrophylliidae) inclui corais ahermatípicos que produzem compostos secundários bioativos em situações de competição. No estado do Rio de Janeiro são encontradas duas espécies invasoras desse gênero, Tubastraea coccinea e Tubastraea tagusensis. A primeira é amplamente distribuída nas águas tropicais do Atlântico e do Pacífico, e a segunda é nativa do leste do pacífico, ambas invasoras no Atlântico Sul. Este trabalho objetiva avaliar as atividades anti-inflamatória, antioxidante e toxicológica de extratos metanólicos de T. coccinea e T. tagusensis. As colônias de Tubastraea foram coletadas na Baía de Ilha Grande, Rio de Janeiro - Brasil e extraídas com metanol. A caracterização química foi realizada através da espectroscopia ultravioleta, visível e de infravermelho. Ação anti-inflamatória foi avaliada pelo modelo in vivo de edema em pata de camundongo induzido por carragenina. Atividade sequestrante de radicais livres foi avaliada pelo método do DPPH. Na avaliação toxicológica utilizamos o ensaio Salmonella/microssoma, na presença e ausência de ativação metabólica exógena, o teste in vitro de micronúcleo com células de macrófagos de rato e o teste de mortalidade com o microcrustáceo Artemia salina. Foi possível a distinção dos grupos químicos presentes nos extratos, com os resultados encontrados sendo corroborados com os presentes na literatura. Os extratos de ambas as espécies apresentaram inibição significativa no edema da pata nas doses testadas, em relação ao veículo. Ambos os extratos demonstraram capacidade pela captura do radical DPPH. Atividades citotóxica e mutagênica na ausência de metabolização exógena não foram observadas para as linhagens TA97, TA98 e TA102 nas duas espécies; para a TA100 o extrato de T. coccinea induziu citotoxidade na concentração de 50 g/placa. Os dois extratos induziram citotoxicidade na presença de metabolização exógena para a cepa TA98, tendo sido detectada também indução de mutagenicidade nesta linhagem para T. coccinea. Os extratos não foram capazes de induzir a formação de micronúcleos e não foram tóxicos para o microcrustáceo A. salina. A resposta inibitória do edema após 2 h da indução indica que os compostos presentes nos extratos atuam na segunda fase da inflamação, possivelmente pela inibição da produção de prostaglandinas. Os resultados sugerem que os extratos das espécies T. coccinea e T. tagusensis apresentam substâncias com potencial uso farmacológico, como agente anti-inflamatório e antioxidante.

Estudo da reação entre o metanol e o acetato de etila em catalisadores Mg/La por espectroscopia no infravermelho acoplada a espectrometria de massas

A transesterificação metílica em meio homogêneo é catalisada por bases, tais como hidróxidos e alcóxidos de sódio ou potássio e se processa em baixa temperatura de reação, mesmo em escala industrial. A utilização de catalisadores formados por sólidos básicos aparece como uma alternativa promissora aos processos homogêneos convencionais, tendo em vista as inúmeras vantagens como a redução da ocorrência das reações indesejáveis de saponificação e redução de custos dos processos pela diminuição do número de operações associadas. Em estudos anteriores realizados pelo grupo, catalisadores a base de Mg/La com diferentes composições químicas (9:1, 1:1 e 1:9) mostraram-se promissores para a obtenção de ésteres metílicos via reação de transesterificação, porém não foi possível fazer uma correlação entre atividade catalítica e as propriedades físico-químicas quando toda a série foi considerada. Assim, a realização de um estudo de caráter fundamental, baseado em reações modelo e uso de moléculas sonda, permite avançar no entendimento das propriedades de superfície destes catalisadores. Portanto, o presente trabalho estuda a reação entre metanol e acetato de etila em catalisadores a base de Mg/La utilizando espectroscopia de reflectância difusa no infravermelho com transformada de Fourier (DRIFTS) acoplada a espectrometria de massas (MS) identificando os intermediários e produtos formados para determinar a rota reacional. As análises de difração de raios X mostram que os precursores são predominantemente compostos por carbonatos hidratados de magnésio (Mg/La 1:1 e 9:1) e de lantânio (Mg/La 1:9). Os perfis de decomposição térmica e difratogramas de raios X obtidos a partir de tratamento térmico in situ indicaram que estes carbonatos se decompõem apenas a partir de 750 C. As análises de Dessorção a Temperatura Programada realizadas com moléculas sonda, metanol e acetato de etila, mostraram a adsorção em maior quantidade do metanol independente da composição química do sólido. A partir dos resultados obtidos por DRIFTS-MS foi proposta uma rota reacional para a reação de transesterificação do acetato de etila e metanol, que ocorre via adsorção do metanol e do acetato de etila na superfície do catalisador, seguida da formação de um intermediário tetraédrico formado pelas moléculas adsorvidas, que sofre um rearranjo formando etanol, acetato de metila, acetona e metano. Simultaneamente, parte do metanol adsorvido como metoxi monodentado é desidrogenado formando formiatos que são dessorvidos na forma de formaldeído e decompostos formando CO2 e H2

Using mesoscopic models to design strong and tough biomimetic polymer networks

Using computational modeling, we investigate the mechanical properties of polymeric materials composed of coiled chains, or "globules", which encompass a folded secondary structure and are cross-linked by labile bonds to form a macroscopic network. In the presence of an applied force, the globules can unfold into linear chains and thereby dissipate energy as the network is deformed; the latter attribute can contribute to the toughness of the material. Our goal is to determine how to tailor the labile intra- and intermolecular bonds within the network to produce material exhibiting both toughness and strength. Herein, we use the lattice spring model (LSM) to simulate the globules and the cross-linked network. We also utilize our modified Hierarchical Bell model (MHBM) to simulate the rupture and reforming of N parallel bonds. By applying a tensile deformation, we demonstrate that the mechanical properties of the system are sensitive to the values of N in and N out, the respective values of N for the intra- and intermolecular bonds. We find that the strength of the material is mainly controlled by the value of N out, with the higher value of N out providing a stronger material. We also find that, if N in is smaller than N out, the globules can unfold under the tensile load before the sample fractures and, in this manner, can increase the ductility of the sample. Our results provide effective strategies for exploiting relatively weak, labile interactions (e.g., hydrogen bonding or the thiol/disulfide exchange reaction) in both the intra- and intermolecular bonds to tailor the macroscopic performance of the materials. © 2011 American Chemical Society.

BIODIESEL PRODUCTION FROM DIFFERENT FEEDSTOCKS IN PILOT SCALE SYSTEM

In this study, the preparations of biodiesel from three different feedstocks, including rapeseed oil, high acidified Chinese wood oil and trap grease, were carried out in a pilot scale of 200 t yr(-1) biodiesel production system. The optimum operating conditions for transesterification of rapeseed oil in plug flow reactor were found to be as follows: the catalyst dosage is 1.2 wt%; the retention time is about 17 min; the bed temperature is 65 degrees C; the oil/methanol ratio is 1:6; the content of methyl ester is 96.33% under these conditions. A kind of ion exchange resin, a solid acid catalyst, filled in the fixed bed reactor was used as the esterification catalyst for the pretreating of high acidified oil. The acid value of Chinese wood oil could be reduced from 7 to 0.8 mg KOH.g(-1) after 88 min, the optimum operating conditions were obtained as follow: molar ratio of methanol to oil is about 6:1, the temperature of the fixed bed, 65 degrees C and the retention time, about 88 min. Also a kind of acidified oil, namely trap grease, with the acid value being 114 mg KOH.g(-1) could be equally converted to a good biodiesel product through this system. Generally, the refined biodiesel product generated through this system could meet China #0 Biodiesel Standard, as well as Germany Biodiesel Standard for most indexes. It indicates that the designed process in this system has a good adaptability for different kinds of oil.

甲醇的生物降解与含甲醇废水生物处理工艺研究

甲醇作为一种有机污染物广泛存在于有机合成和石油化工等生产废水中.该研究针对氮肥生产过程中产生的低浓度甲醇废水缺乏有效回收利用工艺的现实情况，以氮肥生产过程中产生的工艺冷凝液和尿素水解水为对象，通过甲醇高效降解菌的分离、固定化，生物活性炭（BAC）反应系统的建立，小试、中试等研究工作，确定了将其回用到脱盐水系统的可行性，提出了工艺参数和工业化方案，并对BAC生物膜结构特点进行了较为深入的研究.