Produção de biodiesel etílico por via enzimática a partir de óleo de milho transgénico

Mestrado em Engenharia Química

Protein folding, metal ions and conformational states: the case of a di-cluster ferredoxin

Dissertation presented to obtain the PhD degree in Biochemistry at the Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Métodos "verdes" de produção de nanomateriais que promovem nanotecnologias sustentáveis

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

Aryleneethynylene Trimers Bearing Calix[4]arenes: synthesis, optical properties and self-assembling studies

New homoditopic bis-calix[4]arene-carbazole conjugates, armed with hydrophilic carboxylic acid functions at their lower rims, are disclosed. Evidence for their self-association in solution was gathered from solvatochromic and thermochromic studies, as well as from gel-permeation chromatography analysis. Their ability to function as highly sensitive sensors toward polar electron-deficient aromatic compounds is demonstrated.

Catalytic activity of a benzoyl hydrazone based dimeric dicopper(II) complex in catechol and alcohol oxidation reactions

The benzoyl hydrazone based dimeric dicopper(II) complex [Cu2(R)(CH3O)(NO3)]2(CH3O)2 (R-Cu2+), recently reported by us, catalyzes the aerobic oxidation of catechols (catechol (S1), 3,5- itertiarybutylcatechol (S2) and 3-nitrocatechol (S3)) to the corresponding quinones (catecholase like activity), as shown by UV–Vis absorption spectroscopy in methanol/HEPES buffer (pH 8.2) medium at 25 C. The highest activity is observed for the substituted catechol (S2) with the electron donor tertiary butyl group, resulting in a turnover frequency (TOF) value of 1.13 103 h1. The complex R-Cu2+ also exhibits a good catalytic activity in the oxidation (without added solvent) of 1-phenylethanol to acetophenone by But OOH under low power (10 W) microwave (MW) irradiation. 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Catalytic oxidation of cyclohexane with hydrogen peroxide and a tetracopper(II) complex in an ionic liquid

The catalytic peroxidative oxidation (with H2O2) of cyclohexane in an ionic liquid (IL) using the tetracopper(II) complex [(CuL)2(μ4-O,O′,O′′,O′′′-CDC)]2·2H2O [HL = 2-(2-pyridylmethyleneamino)benzenesulfonic acid, CDC = cyclohexane-1,4-dicarboxylate] as a catalyst is reported. Significant improvements on the catalytic performance, in terms of product yield (up to 36%), TON (up to 529), reaction time, selectivity towards cyclohexanone and easy recycling (negligible loss in activity after three consecutive runs), are observed using 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate as the chosen IL instead of a molecular organic solvent including the commonly used acetonitrile. The catalytic behaviors in the IL and in different molecular solvents are discussed.

Hydrogenating activity of Pt/zeolite catalysts focusing acid support and metal dispersion influence

Toluene hydrogenation was studied over catalysts based on Pt supported on large pore zeolites (HUSY and HBEA) with different metal/acid ratios. Acidity of zeolites was assessed by pyridine adsorption followed by FTIR showing only small changes before and after Pt introduction. Metal dispersion was determined by H2–O2 titration and verified by a linear correlation with the intensity of Pt0–CO band obtained by in situ FTIR. It was also observed that the electronic properties of Pt0 clusters were similar for the different catalysts. Catalytic tests showed rapid catalyst deactivation with an activity loss of 80–95% after 60 min of reaction. The turnover frequency of fresh catalysts depended both on metal dispersion and the support. For the same support, it changed by a 1.7-fold (HBEA) and 4.0-fold (HUSY) showing that toluene hydrogenation is structure-sensitive, i.e. hydrogenating activity is not a unique function of accessible metal. This was proposed to be due to the contribution to the overall activity of the hydrogenation of adsorbed toluene on acid sites via hydrogen spillover. Taking into account the role of zeolite acidity, the catalysts series were compared by the activity per total adsorbing sites which was observed to increase steadily with nPt/(nPt + nA). An increase of the accessible Pt atoms leads to an increase on the amount of spilled over hydrogen available in acid sites therefore increasing the overall activity. Pt/HBEA catalysts were found to be more active per total adsorbing site than Pt/HUSY which is proposed to be due to an augmentation in the efficiency of spilled over hydrogen diffusion related to the proximity between Pt clusters and acid sites. The intervention of Lewis acid sites in a greater extent than that measured by pyridine adsorption may also contribute to this higher activity of Pt/HBEA catalysts. These results reinforce the importance of model reactions as a closer perspective to the relevant catalyst properties in reaction conditions.

Oxidovanadium complexes with tridentate aroylhydrazone as catalyst precursors for solvent-free microwave-assisted oxidation of alcohols

Aroylhydrazone oxidovanadium compounds, viz, the oxidoethoxidovanadium(V) [VO(OEt)L1] (1) (H2L =salicylaldehyde-2-hydroxybenzoylhydrazone), the salt like dioxidovanadium(V) (NH3CH2CH2OH)(+) [VO2L](-) (2), the mixed-ligand oxidovanadium(V) [VO(hq)L](Hhq = 8-hydroxyquinoline) (3) and the vanadium(IV) [VO(phen)L] (phen=1,10-phenanthroline) (4) complexes (3 and 4 obtained by the first time), have been tested as catalysts for solvent-free microwave-assisted oxidation of aromatic and alicyclic secondary alcohols with tert-butylhydroperoxide. A facile, efficient and selective solvent-free synthesis of ketones was achieved with yields up to 99% (TON= 497, TOF= 993 h(-1) for 3) and 58% (TON =291, TOF= 581 h(-1) for 2) for acetophenone and cyclohexanone, respectively, after 30 min under low power (25W) microwave irradiation. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Solvent-free microwave-assisted peroxidative oxidation of alcohols catalyzed by Iron(III)-TEMPO catalytic systems

The iron(III) complexes [H(EtOH)][FeCl2(L)(2)] (1), [H(2)bipy](1/2)[FeCl2(L)(2)].DMF (2) and [FeCl2(L)(2,2'-bipy)] (3) (L = 3-amino-2-pyrazinecarboxylate; H(2)bipy = doubly protonated 4,4'-bipyridine; 2,2'-bipy = 2,2'-bipyridine, DMF = dimethylformamide) have been synthesized and fully characterized by IR, elemental and single-crystal X-ray diffraction analyses, as well as by electrochemical methods. Complexes 1 and 2 have similar mononuclear structures containing different guest molecules (protonated ethanol for 1 and doubly protonated 4,4'-bipyridine for 2) in their lattices, whereas the complex 3 has one 3-amino-2-pyrazinecarboxylate and a 2,2'-bipyridine ligand. They show a high catalytic activity for the low power (10 W) solvent-free microwave assisted peroxidative oxidation of 1-phenylethanol, leading, in the presence of TEMPO, to quantitative yields of acetophenone [TOFs up to 8.1 x 10(3) h(-1), (3)] after 1 h. Moreover, the catalysts are of easy recovery and reused, at least for four consecutive cycles, maintaining 83 % of the initial activity and concomitant rather high selectivity. 3-Amino-2-pyrazinecarboxylic acid is used to synthesize three new iron(III) complexes which act as heterogeneous catalysts for the solvent-free microwave-assisted peroxidative oxidation of 1-phenylethanol.

Calixarenos metálicos catalisadores de reacções orgânicas industriais sustentáveis

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

Metal ions and protein folding: conformational and functional interplay

Dissertation presented to obtain a PhD degree in Biochemistry at Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Estudo do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos alimentares usados

O instável mas tendencialmente crescente preço dos combustíveis associado a preocupações ambientais cada vez mais enraizadas nas sociedades, têm vindo a despoletar uma maior atenção à procura de combustíveis alternativos. Por outro lado, várias projecções indicam um aumento muito acentuado do consumo energético global no curto prazo, fruto do aumento da população e do nível de industrialização das sociedades. Neste contexto, o biodiesel (ésteres de ácidos gordos) obtido através da transesterificação de triglicerídeos de origem vegetal ou animal, surge como a alternativa “verde” mais viável para utilização em equipamentos de combustão. A reacção de transesterificação é catalisada, por norma com recurso a catalisadores homogéneos alcalinos (NaOH ou KOH). Este tipo de processo, o único actualmente com expressão a nível industrial, apresenta algumas desvantagens que, para além de aumentarem o custo do produto final, contribuem para reduzir a benignidade do mesmo: a impossibilidade de reutilização do catalisador, o aumento do número e complexidade das etapas de separação e a produção de efluentes resultantes das referidas etapas. Com o intuito de minimizar ou eliminar estes problemas, vários catalisadores heterogéneos têm vindo a ser estudados para esta reacção. Apesar de muitos apresentarem resultados promissores, a grande maioria não tem viabilidade para aplicação industrial seja devido ao seu próprio custo, seja devido aos pré-tratamentos necessários à sua utilização. Entre estes catalisadores, o óxido de cálcio é talvez o que apresenta resultados mais promissores. O crescente número de estudos envolvendo este catalisador em detrimento de outros, é por si mesmo prova do potencial do CaO. A realização deste trabalho pretendia atingir os seguintes objectivos principais: • Avaliar a elegibilidade do óxido de cálcio enquanto catalisador da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Avaliar qual a sua influência nas características dos produtos finais; • Avaliar as diferenças de performance entre o óxido de cálcio activado em atmosfera inerte (N2) e em ar, enquanto catalisadores da reacção de transesterificação de óleos alimentares usados com metanol; • Optimizar as condições da reacção com recurso às ferramentas matemáticas disponibilizadas pelo planeamento factorial, através da variação de quatro factores chave de influência: temperatura, tempo, relação metanol / óleo e massa de catalisador utilizado. O CaO utlizado foi obtido a partir de carbonato de cálcio calcinado numa mufla a 750 °C durante 3 h. Foi posteriormente activado a 900 °C durante 2h, em atmosferas diferentes: azoto (CaO-N2) e ar (CaO-Ar). Avaliaram-se algumas propriedades dos catalisadores assim preparados, força básica, concentração de centros activos e áreas específicas, tendo-se obtido uma força básica situada entre 12 e 14 para ambos os catalisadores, uma concentração de centros activos de 0,0698 mmol/g e 0,0629 mmol/g e áreas específicas de 10 m2/g e 11 m2/g respectivamente para o CaO-N2 e CaO-Ar. Efectuou-se a transesterificação, com catálise homogénea, da mistura de óleos usados utilizada neste trabalho com o objectivo de determinar os limites para o teor de FAME’s (abreviatura do Inglês de Fatty Acid Methyl Esters’) que se poderiam obter. Foi este o parâmetro avaliado em cada uma das amostras obtidas por catálise heterogénea. Os planos factoriais realizados tiveram como objectivo maximizar a sua quantidade recorrendo à relação ideal entre tempo de reacção, temperatura, massa de catalisador e quantidade de metanol. Verificou-se que o valor máximo de FAME’s obtidos a partir deste óleo estava situado ligeiramente acima dos 95 % (m/m). Realizaram-se três planos factoriais com cada um dos catalisadores de CaO até à obtenção das condições óptimas para a reacção. Não se verificou influência significativa da relação entre a quantidade de metanol e a massa de óleo na gama de valores estudada, pelo que se fixou o valor deste factor em 35 ml de metanol / 85g de óleo (relação molar aproximada de 8:1). Verificou-se a elegibilidade do CaO enquanto catalisador para a reacção estudada, não se tendo observado diferenças significativas entre a performance do CaO-N2 e do CaO-Ar. Identificaram-se as condições óptimas para a reacção como sendo os valores de 59 °C para a temperatura, 3h para o tempo e 1,4 % de massa de catalisador relativamente à massa de óleo. Nas referidas condições, obtiveram-se produtos com um teor de FAME’s de 95,7 % na catálise com CaO-N2 e 95,3 % na catálise com CaO-Ar. Alguns autores de estudos consultados no desenvolvimento do presente trabalho, referiam como principal problema da utilização do CaO, a lixiviação de cálcio para os produtos obtidos. Este facto foi confirmado no presente trabalho e na tentativa de o contornar, tentou-se promover a carbonatação do cálcio com a passagem de ar comprimido através dos produtos e subsequente filtração. Após a realização deste tratamento, não mais se observaram alterações nas suas propriedades (aparecimento de turvação ou precipitados), no entanto, nos produtos obtidos nas condições óptimas, a concentração de cálcio determinada foi de 527 mg/kg no produto da reacção catalisada com CaO-N2 e 475 mg/kg com CaO-A. O óxido de cálcio apresentou-se como um excelente catalisador na transesterificação da mistura de óleos alimentares usados utilizada no presente trabalho, apresentando uma performance ao nível da obtida por catálise homogénea básica. Não se observaram diferenças significativas de performance entre o CaO-N2 e o CaO-Ar, sendo possível obter nas mesmas condições reaccionais produtos com teores de FAME’s superiores a 95 % utilizando qualquer um deles como catalisador. O elevado teor de cálcio lixiviado observado nos produtos, apresenta-se como o principal obstáculo à aplicação a nível industrial do óxido de cálcio como catalisador para a transesterificação de óleos.

Characterization of Nitric Oxide Reductase (NOR) from pseudomonas nautica, a study on biologic nitric oxide reduction

Dissertation submitted to obtain the phD degree in Biochemistry, specialty in Physical- Biochemistry, by the Faculdade de Ciências e Tecnologia from the Universidade Nova de Lisboa

Development of molecularly imprinted polymers using supercritical fluid technology

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Otimização Energética na Produção de Biodiesel

Enquadrado num contexto cada vez mais marcado pela necessidade imperiosa de adoção e desenvolvimento de práticas ambientais e energeticamente sustentáveis, este trabalho visa contribuir para a caracterização e otimização do consumo de energia na produção de biodiesel. O biodiesel pode ser encarado como uma boa resposta aos graves problemas que os combustíveis fósseis estão a provocar nas sociedades modernas, pois é uma fonte de energia biodegradável, não-tóxica e sintetizada a partir de várias matérias-primas. Porém, o elevado custo de produção, como consequência do elevado preço das matérias-primas, constitui o maior problema para a sua implementação e comercialização a grande escala. A produção de biodiesel é, em sua quase totalidade, conduzida por via de reação de transesterificação, usando óleo vegetal e álcool como matérias-primas. O objetivo geral deste trabalho é otimizar energeticamente um processo de produção de biodiesel, via catálise homogênea alcalina (BCHA). Para alcançar esse objetivo, um fluxograma típico de produção foi construído e analisado, tanto do ponto de vista energético como econômico. Posteriormente oportunidades de otimização do processo foram identificadas, no sentido de reduzir o consumo de utilidades, impacto ambiental e aumentar a rentabilidade econômica. A construção do processo, a caracterização da alimentação, os critérios de operacionalidade, a obtenção de resultados e demais fatores foram efetuados com auxílio de um software de simulação Aspen Plus versão 20.0 criado pela Aspen Technology products. Os resultados do trabalho revelaram que o processo BCHA produz uma corrente com 99,9 % em biodiesel, obedecendo às normas internacionais em vigor. Na parte energética, o processo BCHA base necessitou de 21.405,1 kW em utilidades quentes e 14.886,3 kW em utilidades frias. A integração energética do processo BCHA, segundo a metodologia pinch, permitiu uma redução das necessidades quentes para 10.752,3 kW (redução de 50 %) e frias para 4.233,5 kW (redução de 72 %). A temperatura no ponto de estrangulamento (PE) foi de 157,7 ºC nas correntes quentes e 147,7 ºC nas correntes frias. Em termos econômicos, o custo total é reduzido em 35% com a integração energética proposta. Essa diminuição, deve-se sobretudo à redução do custo operacional, onde as necessidades de vapor de muita alta pressão (VMAP), vapor de alta pressão (VAP) e água de resfriamento (AR) apresentaram quebras de 2 %, 92 % e 71 %, respectivamente. Como conclusão final, salienta-se que a integração do processo BCHA estudado é energética e economicamente viável.