Enantiodivergent Formal Total Synthesis of Aspercyclide C from L-(+)-Tartaric Acid

The enantiodivergent formal syntheses of both enantiomers of aspercyclide C is accomplished. Starting from L-(+)-tartaric acid, the key protected allylic alcohol, (3R,4R)-4-(methoxy-methoxy) non-1-en-3-ol is prepared, and is then elaborated into both enantiomers of 3-(4-methoxybenzyl)oxy]non-1-en-4-ol via Mitsunobu inversion. Esterification with a known biaryl acid, followed by ring-closing metathesis and deprotection completes the syntheses.

Rapsista tuotetun biodieselin ja vehnästä tuotetun bioetanolin energiavirrat ja ympäristövaikutukset Euroopan unionissa

The aim of this thesis was to study the crops currently used for biofuel production from the following aspects: 1. what should be the average yield/ ha to reach an energy balance at least 0 or positive 2. what are the shares of the primary and secondary energy flows in agriculture, transport, processing and usage, and 3. overall effects of biofuel crop cultivation, transport, processing and usage. This thesis concentrated on oilseed rape biodiesel and wheat bioethanol in the European Union, comparing them with competing biofuels, such as corn and sugarcane-based ethanol, and the second generation biofuels. The study was executed by comparing Life Cycle Assessment-studies from the EU-region and by analyzing them thoroughly from the differences viewpoint. The variables were the following: energy ratio, hectare yield (l/ha), impact on greenhouse gas emissions (particularly CO2), energy consumption in crop growing and processing one hectare of a particular crop to biofuel, distribution of energy in processing and effects of the secondary energy flows, like e.g. wheat straw. Processing was found to be the most energy consuming part in the production of biofuels. So if the raw materials will remain the same, the development will happen in processing. First generation biodiesel requires esterification, which consumes approximately one third of the process energy. Around 75% of the energy consumed in manufacturing the first generation wheat-based ethanol is spent in steam and electricity generation. No breakthroughs are in sight in the agricultural sector to achieve significantly higher energy ratios. It was found out that even in ideal conditions the energy ratio of first generation wheat-based ethanol will remain slightly under 2. For oilseed rape-based biodiesel the energy ratios are better, and energy consumption per hectare is lower compared to wheat-based ethanol. But both of these are lower compared to e.g. sugarcane-based ethanol. Also the hectare yield of wheat-based ethanol is significantly lower. Biofuels are in a key position when considering the future of the world’s transport sector. Uncertainties concerning biofuels are, however, several, like the schedule of large scale introduction to consumer markets, technologies used, raw materials and their availability and - maybe the biggest - the real production capacity in relation to the fuel consumption. First generation biofuels have not been the expected answer to environmental problems. Comparisons made show that sugarcane-based ethanol is the most prominent first generation biofuel at the moment, both from energy and environment point of view. Also palmoil-based biodiesel looks promising, although it involves environmental concerns as well. From this point of view the biofuels in this study - wheat-based ethanol and oilseed rape-based biodiesel - are not very competitive options. On the other hand, crops currently used for fuel production in different countries are selected based on several factors, not only based on thier relative general superiority. It is challenging to make long-term forecasts for the biofuel sector, but it can be said that satisfying the world's current and near future traffic fuel consumption with biofuels can only be regarded impossible. This does not mean that biofuels shoud be rejected and their positive aspects ignored, but maybe this reality helps us to put them in perspective. To achieve true environmental benefits through the usage of biofuels there must first be a significant drop both in traffic volumes and overall fuel consumption. Second generation biofuels are coming, but serious questions about their availability and production capacities remain open. Therefore nothing can be taken for granted in this issue, expect the need for development.

Structural variants of hyperbranched polyesters

Hyperbranched polyesters based on 3,5-dihydroxybenzoic acid and its derivatives were prepared by self-condensation of the corresponding ester under standard trans-esterification conditions. The spacer segment length that connects the branching points was systematically varied by starting from the appropriate ethyl 3,5-bis(omega-hydroxyoligo(ethyleneoxy))benzoate. The thermal properties of the hyperbranched polyesters were studied using DSC, and they have been compared with those of the linear analogues prepared from the corresponding p-hydroxybenzoic acid derivatives and also with the molecularly ''kinked'' analogues prepared from the meta isomers. These hyperbranched polyesters were also terminally functionalized by using a potentially mesogenic 4-butoxybiphenylcarboxylic acid derivative in an attempt to prepare novel hyperbranched liquid crystalline polyesters. This was achieved by copolymerization of the AB(2) monomer with the mesogenic A-type capping unit. These polymers were found to be amorphous and did not exhibit any liquid crystalline phases, probably due to the random distribution of the mesogenic segments on the polymer framework, making it difficult to both crystallize and form mesophases.

``Clickable'', Trifunctional Magnetite Nanoparticles and Their Chemoselective Biofunctionalization

A multifunctional iron oxide based nanoformulation for combined cancer-targeted therapy and multimodal imaging has been meticulously designed and synthesized using a chemoselective ligation approach. Novel superparamagnetic magnetite nanoparticles simultaneously functionalized with amine, carboxyl, and azide groups were fabricated through a sequence of stoichiometrically controllable partial succinylation and Cu (II) catalyzed diazo transfer on the reactive amine termini of 2-aminoethylphosphonate grafted magnetite nanoparticles (MNPs). Functional moieties associated with MNP surface were chemoselectively conjugated with rhodamine B isothiocyanate (RITC), propargyl folate (FA), and paclitaxel (PTX) via tandem nucleophic addition of amine to isothithiocyanates, Cu (I) catalyzed azide-alkyne click chemistry and carbodiimide-promoted esterification. An extensive in vitro study established that the bioactives chemoselectively appended to the magnetite core bequeathed multifunctionality to the nanoparticles without any loss of activity of the functional molecules. Multifunctional nanoparticles, developed in the course of the study, could selectively target and induce apoptosis to folate-receptor (FR) overexpressing cancer cells with enhanced efficacy as compared to the free drug. In addition, the dual optical and magnetic properties of the synthesized nanoparticles aided in the real-time tracking of their intracellular pathways also as apoptotic events through dual fluorescence and MR-based imaging.

Nanocomposites of crosslinked starch phthalate and silane modified nanoclay: Study of mechanical, thermal, morphological, and biodegradable characteristics

Biodegradable composites comprising of modified starch and modified nanoclay have been prepared. Starch has been modified by esterification and subsequently crosslinked. The thermal, mechanical, and biodegradation characteristics of the composites have been investigated. The compressive properties of the composites with the addition of nanoclay were twice that of crosslinked starch phthalate without addition of nanoclay. Predictive theories were used to analyze the obtained experimental results. SEM studies on fracture morphology indicated quasi-brittle fracture. Flexural properties showed considerable improvement due to nanoclay addition. The water uptake increased up to 6% nanoclay, beyond which the uptake decreased. Biodegradation studies showed an initial time lag prior to the onset of degradation.

Direct regulation of topoisomerase activity by a nucleoid-associated protein

The topological homeostasis of bacterial chromosomes is maintained by the balance between compaction and the topological organization of genomes. Two classes of proteins play major roles in chromosome organization: the nucleoid-associated proteins (NAPs) and topoisomerases. The NAPs bind DNA to compact the chromosome, whereas topoisomerases catalytically remove or introduce supercoils into the genome. We demonstrate that HU, a major NAP of Mycobacterium tuberculosis specifically stimulates the DNA relaxation ability of mycobacterial topoisomerase I (TopoI) at lower concentrations but interferes at higher concentrations. A direct physical interaction between M. tuberculosis HU (MtHU) and TopoI is necessary for enhancing enzyme activity both in vitro and in vivo. The interaction is between the amino terminal domain of MtHU and the carboxyl terminal domain of TopoI. Binding of MtHU did not affect the two catalytic trans-esterification steps but enhanced the DNA strand passage, requisite for the completion of DNA relaxation, a new mechanism for the regulation of topoisomerase activity. An interaction-deficient mutant of MtHU was compromised in enhancing the strand passage activity. The species-specific physical and functional cooperation between MtHU and TopoI may be the key to achieve the DNA relaxation levels needed to maintain the optimal superhelical density of mycobacterial genomes.

Síntesis de carbonato de glicerol a partir de glicerol, CO2 y sus derivados

209 p. : il., gráf.

Modelagem computacional aplicada na estimação de parâmetros cinéticos em processos químicos e cromatográficos

A estimação de parâmetros cinéticos em processos químicos e cromatográficos utilizando técnicas numéricas assistidas por computadores tem conduzido para melhoria da eficiência e o favorecimento da compreensão das fenomenologias envolvidas nos mesmos. Na primeira parte deste trabalho será realizada a modelagem computacional do processo de produção de biodiesel via esterificação, sendo que, o método de otimização estocástica Random Restricted Window (R2W) será correlacionado com os dados experimentais da produção de biodiesel a partir da esterificação do ácido láurico com etanol anidro na presença do catalisador ácido nióbico (Nb2O5). Na segunda parte do mesmo será realizada a modelagem computacional do processo de cromatografia de adsorção (batch process) onde serão correlacionados os dados provenientes dos modelos cinéticos de HASHIM, CHASE e IKM2 com os dados experimentais da adsorção de amoxicilina com quitosana, e também serão correlacionados os dados experimentais da adsorção de Bovine Serum Albumin (BSA) com Streamline DEAE com os dados provenientes de uma nova aplicação do método R2W mediante a implementação de um modelo cinético reversível. Ademais, as constantes cinéticas para cada processo supracitado serão estimadas levando em consideração o valor mínimo da função resíduos quadrados.

Síntese de sebacato de dioctila empregando lipases

A crescente demanda por lubrificantes obtidos a partir de fontes renováveis vem incentivando a pesquisa por alternativas sustentáveis. O objetivo principal deste trabalho foi investigar a síntese de sebacato de dioctila a partir da reação de esterificação entre o ácido sebácico e o 1-octanol empregando biocatalisadores e catalisador químico convencional (ácido sulfúrico). Alguns parâmetros reacionais foram estudados: tipo de lipase comercial imobilizada (Novozym 435, Lipozyme RM IM e Lipozyme TL IM), temperatura, razão molar ácido/álcool, concentração de lipase, métodos de remoção da água do meio reacional. A reutilização da lipase Novozym 435 também foi avaliada. A conversão da reação foi determinada por cromatografia em fase gasosa. A lipase Novozym 435 apresentou os melhores resultados: 100% de conversão de ácido sebácico quando foi empregada razão molar ácido:álcool de 1:5 e 5% m/m de lipase, após 150 minutos de reação a 100C. O emprego de peneira molecular e vácuo não aumentou a conversão do ácido sebácico. O produto final foi caracterizado com relação à viscosidade, ao índice de viscosidade, ao ponto de fulgor, ao ponto de fluidez e ao índice de neutralização, e apresentou comportamento semelhante a um óleo naftênico

Avaliação de catalisadores à base de estanho visando à produção de biodiesel

Atualmente, existe um crescente interesse por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis. O biodiesel é uma fonte alternativa de combustível bastante atrativa em relação ao diesel em decorrência de seus benefícios ambientais. A obtenção de biodiesel é geralmente realizada através de reações de transesterificação de óleos vegetais com álcool de cadeia curta. Entretanto, também se pode produzi-lo através da esterificação de ácidos graxos livres utilizando-se matérias-primas de baixa qualidade como rejeitos industriais, domésticos ou gorduras animais. O estudo de catalisadores que melhorem os resultados destas reações tem importante papel no desenvolvimento da produção de biodiesel. Normalmente, utilizam-se catalisadores básicos como o NaOH, nas reações de transesterificação. No entanto, o uso destes catalisadores causa impactos ambientais, além de promover a reação de saponificação quando a matéria-prima apresenta teores significativos de acidez, reduzindo o rendimento e dificultando a separação de fases. Este trabalho apresenta o estudo de catalisadores ácidos, à base de estanho, com ênfase especial no sulfato de estanho II, voltados para utilização na reação de esterificação de cargas contendo elevados teores em ácidos graxos. Avaliou-se a influência das variáveis: temperatura, concentração do catalisador, tipo de sistema reacional, quantidade de etanol, tipo de álcool, acidez, natureza dos ácidos graxos e temperatura de calcinação. Uma comparação entre os catalisadores, a questão da reutilização do catalisador e das mudanças proporcionadas pelo tratamento térmico ao qual foram submetidos também foram analisadas. Dentre os catalisadores estudados, os de sulfato de estanho mostraram maior atividade catalítica frente à reação estudada, os mais promissores sendo os calcinados até a temperatura de 500C. O principal motivo para os altos rendimentos encontrados foi associado ao comportamento pseudo-homogêneo do SnSO4, que se solubiliza, acidificando o meio reacional durante as reações de esterificação

Produção de biodiesel a partir da transesterificação de óleo de soja ácido por via enzimática

Neste trabalho, foi estudada a transesterificação enzimática do óleo de soja com álcool catalisada por lipase comercial imobilizada. Inicialmente foram investigados os efeitos da temperatura, do tipo de enzima (Novozym 435, Lipozyme RM-IM e Lipozyme TL-IM) e do tipo de álcool (etanol ou butanol) na síntese de biodiesel utilizando óleo de soja refinado. A melhor temperatura observada para as reações empregando Lipozyme TL IM e Lipozyme RM IM foi de 50C, enquanto que para a Novozym 435, a temperatura ótima foi de 70C. O maior teor em biodiesel (~60%) foi obtido na etanólise do óleo de soja a 70C utilizando Novozym 435 a 5% m/m. Também foi avaliada a síntese de biodiesel por via enzimática a partir da etanólise de óleos ácidos com índice de acidez (IA) (de 8,5, 54,4 e 93,7). A conversão do ácido graxo livre foi superior a 90% nas reações conduzidas com Novozym 435 nas reações com os três óleos ácidos testados. O teor em biodiesel foi próximo a 50% na etanólise do óleo de soja com índice de acidez de 8,5 empregando Lipozyme TL IM, porém para índices de acidez maiores este rendimento diminuiu. Para as reações conduzidas com Lipozyme RM-IM, o teor em biodiesel manteve-se em torno de 30% para todos os óleos ácidos investigados. A etanólise do óleo de soja refinado empregando reator de leito fixo em modo contínuo, a 50C, foi investigada variando a velocidade espacial dos reagentes (0,255 e 0,508 h-1), o tipo de lipase (Novozym 435, Lipozyme RM-IM e Lipozyme TL-IM) e a possibilidade de reuso do biocatalisador após lavagem com butanol. Na reação com Novozym 435, o teor em biodiesel foi de aproximadamente 50% e se manteve estável durante 4,5 h para as duas velocidades espaciais testadas. A lipase Lipozyme TL-IM apresentou teor em biodiesel maior do que o obtido nas reações com os outros biocatalisadores (~80%), porém não apresentou a mesma estabilidade. Foi observada uma queda significativa na produção de biodiesel nas reações empregando o reuso do biocatalisador

Catalisadores à base de Mg/La e de Al/La para a produção de biodiesel a partir de óleos refinados e ácidos

A crescente preocupação com a preservação do meio ambiente aliada às perspectivas de esgotamento das fontes de energia obtidas dos combustíveis fósseis tem impulsionado a indústria a desenvolver combustíveis alternativos a partir de recursos renováveis e processos ambientalmente não agressivos. O biodiesel, uma mistura de ésteres de ácidos graxos obtida pela transesterificação catalítica de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta (metanol ou etanol) é um combustível alternativo importante, pelo fato das suas propriedades (índice de cetano, conteúdo energético e viscosidade) serem similares às do diesel obtido a partir do petróleo. No presente trabalho, a transesterificação do óleo de soja com metanol para a produção de biodiesel foi estudada em presença de catalisadores sólidos à base de Mg/La e Al/La com propriedades ácido-básicas. Catalisadores de Mg/La com uma relação molar Mg/La igual a 9:1 foram preparados por coprecipitação utilizando três métodos que se diferenciavam quanto ao tipo de agente precipitante e a temperatura de calcinação. O catalisador preparado com (NH4)2CO3/NH4OH como agente precipitante e calcinado a 450 C apresentou as melhores características físico-químicas e catalíticas. Catalisadores à base de Mg/La e Al/La com diferentes composições químicas foram sintetizados nas condições de preparo selecionadas. O comportamento catalítico destes materiais foi investigado frente à reação de transesterificação do óleo de soja com metanol. O catalisador de Al/La com uma relação molar Al/La igual a 9:1 mostrou o melhor desempenho catalítico (rendimento em ésteres metílicos igual a 84 % a 180 C) e pode ser reutilizado por pelo menos três ciclos de reação. Também foram realizados testes catalíticos na presença do óleo de soja com 10 % de ácido oleico verificando-se que os catalisadores utilizados possuem sítios capazes de catalisar as reações de transesterificação e esterificação

Síntese de ésteres derivados do ácido oléico empregando lipases produzidas por Yarrowia lipolytica

Biodiesel é um biocombustível que consiste na mistura de ésteres monoalquílicos de ácidos graxos de cadeia longa. O processo usual de produção deste combustível é a transesterificação de óleos vegetais com álcoois de cadeia curta. Nesse processo, a matéria prima deve conter baixo conteúdo de ácido graxos livres ( ≤ 1%) e água (≤ 0,5%). Como alternativa ao processo de transesterificação, destaca-se o emprego de matérias-primas de baixo custo, com elevado teor de ácidos graxos livres, para a síntese de ésteres alquílicos através de reações de esterificação. As reações de produção do biodiesel podem ser catalisadas por via química (ácida e básica) ou enzimática. Na catálise enzimática, os biocatalisadores empregados são as lipases, que catalisam a hidrólise e síntese de ésteres e podem ser obtidas a partir de microrganismos, plantas ou tecido animal, sendo as de origem microbiana as mais utilizadas. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o potencial da lipase de Yarrowia lipolytica, uma levedura não convencional, na síntese de ésteres do ácido oleico visando à obtenção de ésteres alquílicos (biodiesel). Foram estudados os efeitos da temperatura (25, 30, 35, 40, 50 e 60oC), do teor enzimático (5, 10, 20, 30 e 40% v/v) e do tipo de álcool (metanol, etanol, n-propanol e n-butanol ) nas reações de esterificação do ácido oleico empregando o extrato enzimático líquido produzido por Yarrowia lipolytica. Os resultados obtidos mostraram que as reações conduzidas a 30oC e com 10% v/v do extrato enzimático apresentaram maior taxa inicial de reação. Também foi avaliada a utilização do extrato enzimático liofilizado (5% m/v) e do PES (produto enzimático sólido) (5% m/v) de Yarrowia lipolytica na reação de esterificação do ácido oleico com n-butanol a 30oC. O maior consumo de ácido oleico ocorreu na reação conduzida com o PES. O efeito da temperatura (25, 30, 35, 40 e 50oC) na síntese de oleato de butila foi, então, investigado nas reações empregando PES como biocatalisador e a maior conversão de ácido oleico foi verificada na temperatura de 40oC

Upgrading of liquid fuel from the vacuum pyrolysis of biomass over the Mo-Ni/gamma-Al2O3 catalysts

High amounts of acid compounds in bio-oil not only lead to the deleterious properties such as corrosiveness and high acidity, but also set up many obstacles to its wide applications. By hydrotreating the bio-oil under mild conditions, some carboxylic acid compounds could be converted to alcohols which would esterify with the unconverted acids in the bio-oil to produce esters. The properties of the bio-oil could be improved by this method. In the paper, the raw bio-oil was produced by vacuum pyrolysis of pine sawdust. The optimal production conditions were investigated. A series of nickel-based catalysts were prepared. Their catalytic activities were evaluated by upgrading of model compound (glacial acetic acid). Results showed that the reduced Mo-10Ni/gamma-Al2O3 catalyst had the highest activity with the acetic acid conversion of 33.2%. Upgrading of the raw bio-oil was investigated over reduced Mo-10Ni/gamma-Al2O3 catalyst. After the upgrading process, the pH value of the bio-oil increased from 2.16 to 2.84. The water content increased from 46.2 wt.% to 58.99 wt.%. The H element content in the bio-oil increased from 6.61 wt.% to 6.93 wt.%. The dynamic viscosity decreased a little. The results of GC-MS spectrometry analysis showed that the ester compounds in the upgraded bio-oil increased by 3 times. it is possible to improve the properties of bio-oil by hydrotreating and esterifying carboxyl group compounds in the bio-oil.

Production and characterization of biodiesel from tung oil

The feasibility of biodiesel production from tung oil was investigated. The esterification reaction of the free fatty acids of tung oil was performed using Amberlyst-15. Optimal molar ratio of methanol to oil was determined to be 7.5:1, and Amberlyst-15 was 20.8wt% of oil by response surface methodology. Under these reaction conditions, the acid value of tung oil was reduced to 0.72mg KOH/g. In the range of the molar equivalents of methanol to oil under 5, the esterification was strongly affected by the amount of methanol but not the catalyst. When the molar ratio of methanol to oil was 4.1:1 and Amberlyst-15 was 29.8wt% of the oil, the acid value decreased to 0.85mg KOH/g. After the transesterification reaction of pretreated tung oil, the purity of tung biodiesel was 90.2wt%. The high viscosity of crude tung oil decreased to 9.8mm(2)/s at 40 degrees C. Because of the presence of eleostearic acid, which is a main component of tung oil, the oxidation stability as determined by the Rancimat method was very low, 0.5h, but the cold filter plugging point, -11 degrees C, was good. The distillation process did not improve the fatty acid methyl ester content and the viscosity.