Characterization of nontypable Haemophilus influenzae isolates recovered from adult patients with underlying chronic lung disease reveals genotypic and phenotypic traits associated with persistent infection

Nontypable Haemophilus influenzae (NTHi) has emerged as an important opportunistic pathogen causing infection in adults suffering obstructive lung diseases. Existing evidence associates chronic infection by NTHi to the progression of the chronic respiratory disease, but specific features of NTHi associated with persistence have not been comprehensively addressed. To provide clues about adaptive strategies adopted by NTHi during persistent infection, we compared sequential persistent isolates with newly acquired isolates in sputa from six patients with chronic obstructive lung disease. Pulse field gel electrophoresis (PFGE) identified three patients with consecutive persistent strains and three with new strains. Phenotypic characterisation included infection of respiratory epithelial cells, bacterial self-aggregation, biofilm formation and resistance to antimicrobial peptides (AMP). Persistent isolates differed from new strains in showing low epithelial adhesion and inability to form biofilms when grown under continuous-flow culture conditions in microfermenters. Self-aggregation clustered the strains by patient, not by persistence. Increasing resistance to AMPs was observed for each series of persistent isolates; this was not associated with lipooligosaccharide decoration with phosphorylcholine or with lipid A acylation. Variation was further analyzed for the series of three persistent isolates recovered from patient 1. These isolates displayed comparable growth rate, natural transformation frequency and murine pulmonary infection. Genome sequencing of these three isolates revealed sequential acquisition of single-nucleotide variants in the AMP permease sapC, the heme acquisition systems hgpB, hgpC, hup and hxuC, the 3-deoxy-D-manno-octulosonic acid kinase kdkA, the long-chain fatty acid transporter ompP1, and the phosphoribosylamine glycine ligase purD. Collectively, we frame a range of pathogenic traits and a repertoire of genetic variants in the context of persistent infection by NTHi.

Relative contributions of lipooligosaccharide inner and outer core modifications to nontypeable Haemophilus influenzae pathogenesis

Nontypeable Haemophilus influenzae (NTHi) is a frequent commensal of the human nasopharynx that causes opportunistic infection in immunocompromised individuals. Existing evidence associates lipooligosaccharide (LOS) with disease, but the specific and relative contributions of NTHi LOS modifications to virulence properties of the bacterium have not been comprehensively addressed. Using NTHi strain 375, an isolate for which the detailed LOS structure has been determined, we compared systematically a set of isogenic mutant strains expressing sequentially truncated LOS. The relative contributions of 2-keto-3-deoxyoctulosonic acid, the triheptose inner core, oligosaccharide extensions on heptoses I and III, phosphorylcholine, digalactose, and sialic acid to NTHi resistance to antimicrobial peptides (AMP), self-aggregation, biofilm formation, cultured human respiratory epithelial infection, and murine pulmonary infection were assessed. We show that opsX, lgtF, lpsA, lic1, and lic2A contribute to bacterial resistance to AMP; lic1 is related to NTHi self-aggregation; lgtF, lic1, and siaB are involved in biofilm growth; opsX and lgtF participate in epithelial infection; and opsX, lgtF, and lpsA contribute to lung infection. Depending on the phenotype, the involvement of these LOS modifications occurs at different extents, independently or having an additive effect in combination. We discuss the relative contribution of LOS epitopes to NTHi virulence and frame a range of pathogenic traits in the context of infection.

Ionic liquid solvents of perhalide type for metals for extraction radioactive metals from mineral ores.

The invention relates to a process for dissolving metals (e.g., Al, Cu, Fe, Cr, Sb, Ti, and W) in perhalide contg. ionic liqs. having the formula (I), and to the extn. of metals from mineral ores; the remediation of materials contaminated with heavy, toxic, or radioactive metals; and to the removal of heavy and toxic metals from hydrocarbon streams. In the formula (I), [X] comprises at least one perhalide anion selected from [I3]-, [BrI2]-, [Br2I]-, [ClI2]-, [ClBr2]-, [BrCl2]-, or [ICl2]-, [ClI3]-. The (Cat+) is a cationic species selected from: ammonium, azaannulenium, azathiazolium, benzimidazolium, benzofuranium, benzotriazolium, borolium, cinnolinium, diazabicyclodecenium, diazabicyclononenium, diazabicyclo- undecenium, dithiazolium, furanium, guanidinium, imidazolium, indazolium, indolinium, indolium, morpholinium, oxaborolium, oxaphospholium, oxazinium, oxazolium, iso-oxazolium, oxathiazolium, pentazolium, phospholium, phosphonium, phthalazinium, piperazinium, piperidinium, pyranium, pyrazinium, pyrazolium, pyridazinium, pyridinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, pyrrolium, quinazolinium, quinolinium, isoquinolinium, quinoxalinium, selenozolium, sulfonium, tetrazolium, iso-thiadiazolium, thiazinium, thiazolium, thiophenium, thiuronium, triazadecenium, triazinium, triazolium, iso-triazolium, and uronium. [on SciFinder(R)]

Mechanism of Alizarin Red S and Methylene Blue Biosorption onto Olive Stone: Isotherm study in Single and Binary Systems

The biosorption process of anionic dye Alizarin Red S (ARS) and cationic dye methylene blue (MB) as a function of contact time, initial concentration and solution pH onto olive stone (OS) biomass has been investigated. Equilibrium biosorption isotherms in single and binary systems and kinetics in batch mode were also examined. The kinetic data of the two dyes were better described by the pseudo second-order model. At low concentration, ARS dye appeared to follow a two-step diffusion process, while MB dye followed a three-step diffusion process. The biosorption experimental data for ARS and MB dyes were well suited to the Redlich-Peterson isotherm. The maximum biosorption of ARS dye, qmax = 16.10 mg/g, was obtained at pH 3.28 and the maximum biosorption of MB dye, qmax = 13.20 mg/g, was observed at basic pH values. In the binary system, it was indicated that the MB dye diffuses firstly inside the biosorbent particle and occupies the biosorption sites forming a monodentate complex and then the ARS dye enters and can only bind to untaken sites; forms a tridentate complex with OS active sites.

Development of polymeric–cationic peptide composite nanoparticles, a nanoparticle-in-nanoparticle system for controlled gene delivery

We report the formulation of novel composite nanoparticles that combine the high transfection efficiency of cationic peptide-DNA nanoparticles with the biocompatibility and prolonged delivery of polylactic acid–polyethylene glycol (PLA-PEG). The cationic cell-penetrating peptide RALA was used to condense DNA into nanoparticles that were encapsulated within a range of PLA-PEG copolymers. The composite nanoparticles produced exhibited excellent physicochemical properties including size <200 nm and encapsulation efficiency >80%. Images of the composite nanoparticles obtained with a new transmission electron microscopy staining method revealed the peptide-DNA nanoparticles within the PLA-PEG matrix. Varying the copolymers modulated the DNA release rate >6 weeks in vitro. The best formulation was selected and was able to transfect cells while maintaining viability. The effect of transferrin-appended composite nanoparticles was also studied. Thus, we have demonstrated the manufacture of composite nanoparticles for the controlled delivery of DNA.

Development of TMTP-1 targeted designer biopolymers for gene delivery to prostate cancer

Designer biopolymers (DBPs) represent state of the art genetically engineered biomacromolecules designed to condense plasmid DNA, and overcome intra- and extra- cellular barriers to gene delivery. Three DBPs were synthesized, each with the tumor molecular targeting peptide-1 (TMTP-1) motif to specifically target metastases. Each DBP was complexed with a pEGFP-N1 reporter plasmid to permit physiochemical and biological assay analysis. Results indicated that two of the biopolymers (RMHT and RM3GT) effectively condensed pEGFP-N1 into cationic nanoparticles< 100nm and were capable of transfecting PC-3 metastatic prostate cancer cells. Conversely the anionic RMGT DBP nanoparticles could not transfect PC-3 cells. RMHT and RM3GT nanoparticles were stable in the presence of serum and protected the cargo from degradation. Additionally it was concluded that cell viability could recover post-transfection with these DBPs, which were less toxic than the commercially available transfection reagent Lipofectamine® 2000. With both DBPs, a higher transfection efficacy was observed in PC-3 cells than in the moderately metastatic, DU145, and normal, PNT2-C2, cell lines. Blocking of the TMTP-1 receptors inhibited gene transfer indicating internalization via this receptor. In conclusion RMHT and RM3GT are fully functional DBPs that address major obstacles to gene delivery and target metastatic cells expressing the TMTP-1 receptor.

TRP Channels and calcium signalling in dental pulp stem cells

Introduction: Ca2+ ion is an important intracellular messenger essential for the regulation of various cellular functions including proliferation, differentiation and apoptosis. Transient Receptor Potential (TRP) channels are calcium permeable cationic channels that play important role in regulation of free intracellular calcium ([Ca2+]i) in response to thermal, physical and chemical stimuli. Ca2+ signalling in human dental pulp stem cells (hDPSCs) and the ion channels regulating Ca2+ are largely not known. Objectives: Investigate changes in [Ca2+]i and determine the ion channels that regulate calcium signalling in hDPSCs. Methods: DPSCs were derived from immature third molars and cells less than passage 6 were used in all the experiments. Changes in [Ca2+]i were studied with Fura2 calcium imaging. RNA was extracted from DPSCs and a panel of TRP channel gene expression was determined by qPCR employing custom designed FAM TRP specific primers and probes (Roche, UK) and the Light Cycler 480 Probes Master (Roche). Results: hDPSCs express gene transcripts for all TRP families including TRPV1, V2, V4, TRPA1, TRPC3, TRPC5, TRPC6, TRPM3, TRPM7 and TRPP2. Stimulation of cells with appropriate TRP channel agonist induced increase in [Ca2+]i and similar responses were obtained when cell were mechanically stimulated by membrane stretch with application of hypotonic solution. Conclusion: TRP channels mediate calcium signalling in hDPSCs that merit further investigation.

Functional expression of TRPV4 in human periodontal ligament cells

Background: Periodontal ligament (PDL) cells are exposed to physical forces in vivo in response to mastication, parafunction, speech and orthodontic tooth movement. Although it has been shown that PDL cells perceive and respond directly to mechanical stimulation, the nature of the ion channels that mediate this mechanotransduction remain to be fully elucidated. The transient receptor potential (TRP) superfamily of ion channels is believed to play a critical role in sensory physiology, where they act as transducers for thermal, chemical and mechanical stimuli. Recent studies have shown that members of the vanilloid (TRPV) and ankyrin (TRPA) subfamilies encode mechanosensitive TRPs. The vanilloid family member TRPV4 is one such non selective calcium permeable cationic channel which has been shown to be activated by chemical ligands, hypotonicity, and mechanical stimuli. Objectives: The objective of the current study was to investigate functional expression of TRPV4 in cultured human PDL cells. Methods: Human PDL cells were grown in Dulbecco's Modified Eagle Medium with L-glutamine supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), 100UI/ml penicillin and 100μg/ml streptomycin. Cells in passage 4-6 were used in all experiments. TRPV4 functional expression was determined using ratiometric calcium imaging. Cultured cells were loaded with intracellular Ca2+ probe fura-2 and cells were then stimulated with the TRPV4 agonists, 4alpha-phorbol 12,13-didecanoate (4alpha-PDD), GSK1016790A or hypotonic solution. The TRPV4 antagonist RN 1734 was used to block the corresponding agonist responses. Results: PDL fibroblasts responded to application of TRPV4 agonists and hypotonic stimuli by an increase in intracellular calcium which was attenuated in the presence of the TRPV4 antagonist. Conclusions: We have shown for the first time the functional expression of the mechanosensitive TRPV4 channel in human PDL cells. The molecular identity and mechanisms of activation of mechanosensitive TRP channels in PDL cells merit further investigation.

Antibacterial Activity of Peptides from the African Volcano Frog

Introduction: Cationic, α- helical antimicrobial peptides found in skin secretions of the African Volcano Frog, Xenopus amieti include magainin-AM1, peptide glycine-leucine-amide (PGLa-AM1) and caerulein-precursor fragment (CPF-AM1). Objectives: The principle objective of this study was to determine the antibacterial activity of these peptides against a range of aerobic and anaerobic and oral pathogens. Secondary objectives were to establish their lipopolysaccharide (LPS) binding activity and determine potential cytotoxic effects against host cells. Methods: Magainin-AM1, PGLa-AM1 and CPF-AM1 were assessed for their antimicrobial activity against Fusobacteriim nucleatum, Streptococcus mutans, Lactobacillus acidophilus, Enterococcus faecalis and Streptococcus milleri using a double layer radial diffusion assay. The propensity for each peptide to bind LPS was determined using an indirect ELISA. The potential cytotoxicity of the peptides against human pulp cells in vitro was determined using the 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Results: Magainin-AM1, PGLa-AM1 and CPF-AM1 displayed potent antimicrobial activity against all the bacterial pathogens tested, with Magainin-AM1 being the least effective. PGLa-AM1 was most potent against S. mutans, with a minimum inhibitory concentration (MIC) of 1.2 μM. PGLa-AM1 and CPF-AM1 were both very active against F. nucleatum with MIC values of 1.5 μM and 2.2 μM respectively. The LPS binding ability of the peptides varied depending on the bacterial source of the LPS, with PGLa-AM-1 being the most effective at binding LPS. Cytotoxicity studies revealed all three peptides lacked cytotoxic effects at the concentrations tested. Conclusions: The peptides magainin-AM1, PGLa-AM1 and CPF-AM1 from the African Volcano Frog, Xenopus amieti displayed potent antimicrobial activity and LPS binding activity against a range of oral pathogens with little cytotoxic effects. These peptides merit further studies for the development of novel therapeutics to combat common oral bacterial infections.

Síntese de derivados oligoméricos de porfirinas e ftalocianinas

A presente dissertação contempla estudos de funcionalização de 5,10,15,20- tetrafenilporfirina via grupos nitro e amino e a preparação de sistemas porfirina-ftalocianina. Este trabalho encontra-se dividido em quatro partes. Na primeira parte descrevem-se as características gerais de porfirinas e ftalocianinas bem como algumas metodologias de síntese utilizadas na sua preparação e suas potenciais aplicações. Na segunda parte desta dissertação descreve-se a funcionalização de 5,10,15,20-tetrafenilporfirina com arilaminas recorrendo a duas rotas sintéticas diferentes. A reacção de 2-nitro-5,10,15,20-tetrafenilporfirina com anilina ou aminas aromáticas substituídas com grupos dadores de electrões permitiu, através do ataque do nucleófilo ao carbono beta-pirrólico onde está ligado o grupo nitro, ataque ipso, a obtenção de derivados do tipo 2-arilaminoporfirinas e derivados porfirínicos de anéis fundidos, sendo estes últimos resultantes da ciclização oxidativa de 2-arilaminoporfirinas. A reacção entre (2-amino- 5,10,15,20-tetrafenilporfirinato)níquel(II) e brometos de arilo na presença de paládio, reacção de aminação de Buchwald-Hartwig, permitiu, após descomplexação, a preparação de novos derivados do tipo 2- arilaminoporfirinas com grupos substituintes dadores e aceitadores de electrões. Um dos derivados porfirínicos de anéis fundidos foi submetido a reacção de complexação com diferentes iões metálicos e foram estudadas as respectivas propriedades fotoquímicas e electroquímicas. Esses estudos revelaram que estes compostos são bons geradores de oxigénio singuleto e que sofrem processos de oxidação-redução electroquimicamente reversíveis. Esta metodologia foi estendida ainda a brometos de hetarilo (derivados de piridina e tiofeno). Recorrendo ao acoplamento, em condições de Buchwald-Hartwig, de complexos metálicos da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina, funcionalizados com grupos amino e bromo, preparam-se dímeros porfirina-amino-porfirina, cujos espectros electrónicos revelam a existência de uma boa “comunicação electrónica” entre as duas subunidades. A terceira parte descreve a síntese de sistemas porfirina-ftalocianina. Recorrendo à condensação estatística entre a 5,10,15,20-tetrafenilporfirina substituída com um grupo ftalonitrilo na posição beta-pirrólica com ftalonitrilo ou ftalonitrilo substituído foram obtidas díades porfirina-ftalocianina onde as duas subunidades se encontram directamente ligadas ou fundidas. Os porfirinilftalonitrilos necessários para a síntese das diferentes díades foram preparados através da reacção de adição do fumaronitrilo à 5,10,15,20- tetrafenilporfirina funcionalizada com o grupo 1,3-butadienilo ou vinilo, seguida de oxidação do aducto resultante. O acoplamento catalisado por paládio entre (2-bromo-5,10,15,20- tetrafenilporfirinato)zinco(II) e [9(10),16(17),23(24)-tri-terc-butil-2- etinilftalocianinato]zinco(II) permitiu a síntese de uma díade porfirinaftalocianina com as duas unidades ligadas por um grupo etinilo. Uma pentíade porfirina-ftalocianina foi obtida através da ciclotetramerização de um dos porfirinilftalonitrilos. A comparação dos espectros electrónicos das diferentes classes de sistemas revela que as correspondentes propriedades electrónicas são altamente afectadas pela distância entre as subunidades e também pelo número de cromóforos presentes no sistema. Os estudos fotofísicos de alguns dos novos compostos acima referidos permitiram verificar a ocorrência eficiente de transferência de energia da subunidade porfirínica para a da ftalocianina, capacidade essa que permitirá a estes sistemas serem usados para modelar o processo fotossintético. Na última parte descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efectuadas e as caracterizações espectroscópicas, nomeadamente de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN), espectrometria de massa e espectrofotometria de UV-vis, dos compostos sintetizados. Nalguns casos recorreu-se ainda a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, HSQC, HMBC, NOESY e ROESY.

Preparation and characterization of novel nanocomposites of inorganic/polysaccharide type

O uso de polímeros naturais no âmbito da preparação de nanocompósitos não tem sido tão amplamente estudado quando comparado com os polímeros sintéticos. Assim, esta tese tem como objectivo estudar metodologias para a preparação de novos materiais nanocompósitos sob a forma de dispersões e filmes utilizando polissacarídeos como matriz. A tese está dividida em cinco capítulos sendo o último capítulo dedicado às conclusões gerais e a sugestões para trabalhos futuros. Inicialmente é apresentada uma breve revisão bibliográfica sobre os principais temas colocando esta tese em contexto. Considerações sobre o uso de polímeros naturais e a sua combinação com a utilização de nanopartículas inorgânicas para a fabricação de novos bionanocomposites são descritas e os objectivos e outline da tese são também apresentados. No segundo capítulo, a preparação de partículas de sílica puras ou modificadas bem como a sua caracterização por FTIR, SEM, TEM, TGA, DLS (tamanho e potencial zeta) e medições de ângulo de contacto são discutidas. De modo a melhorar a compatibilidade da sílica com os polissacarídeos, as partículas SiO2 foram modificados com dois compostos do tipo organosilano: 3- metacril-oxipropil-trimetoxissilano (MPS) e 3-aminopropil-trimetoxissilano (APS). As partículas SiO2@MPS foram posteriormente encapsuladas com de poli(metacrilato de glicidilo) utilizando a técnica de polimerização em emulsão. A utilização dos nanocompósitos resultantes na preparação de dispersões de bionanocompósitos não foi bem sucedida e por esse motivo não os estudos não foram prosseguidos. O uso de SiO2@APS na preparação de dispersões bionanocomposite foi eficiente. No terceiro capítulo é apresentada uma revisão sobre dispersões bionanocompósitas e respectiva caracterização destacando aspectos fundamentais sobre reologia e microestrutura. Em seguida, é discutido o estudo sistemático realizado sobre o comportamento reológico de dispersões de SiO2 utilizando três polissacarídeos distintos no que concerne a carga e as características gelificantes: a goma de alfarroba (não iónica), o quitosano (catiónico) e a goma xantana (aniónica) cujas propriedades reológicas são amplamente conhecidas. Os estudos reológicos realizados sob diferentes condições demonstraram que a formação de géis frágeis e/ou bem estruturados depende do tamanho SiO2, da concentração, do pH e da força iónica. Estes estudos foram confirmados por análises microestruturais usando a microscopia electrónica a baixas temperaturas (Cryo-SEM). No quarto capítulo, são apresentados os estudos relativos à preparação e caracterização de filmes bionanocompósitos utilizando quitosano como matriz. Primeiramente é apresentada uma revisão sobre filmes de bionanocompósitos e os aspectos fundamentais das técnicas de caracterização utilizadas. A escolha do plasticizante e da sua concentração são discutidas com base nas propriedades de filmes de quitosano preparados. Em seguida, o efeito da concentração de sílica e dos métodos utilizados para a dispersar na matriz de polissacarídeo, bem como o efeito da modificação da superfície da sílica é avaliado. As características da superfície e as propriedades de barreira, mecânicas e térmicas são discutidas para cada conjunto de filmes preparados antes e após a sua neutralização. Os resultados obtidos mostraram que a dispersão das cargas no plasticizante e posterior adição à matriz polissacarídica resultaram apenas em pequenas melhorias já que o problema da agregação de sílica não foi ultrapassado. Por esse motivo foram preparados filmes com SiO2@APS os quais apresentaram propriedades melhores apesar da agregação das partículas não ter sido completamente impedida. Tal pode estar relacionado com o processo de secagem dos filmes. Finalmente, no capítulo 5, são apresentadas as principais conclusões obtidas e algumas sugestões para trabalho futuro.

Phthalocyanine-based systems: synthesis, properties and applications

A presente dissertação descreve a síntese e o estudo de propriedades fotofísicas e biológicas de sistemas baseados em ftalocianinas. Os sistemas sintetizados consistem em ftalocianinas contendo unidades de D-galactose, ciclodextrinas, [60]fulereno ou porfirinas. Na primeira parte da dissertação aborda-se a síntese de ftalocianinas substituídas com unidades de D-galactose, com o intuito de serem utilizadas como fotossensibilizadores em terapia fotodinâmica. A eficiência de geração de oxigénio singuleto induzida pelas glicoftalocianinas, bem como a sua actividade fotodinâmica in vitro em células HeLa são avaliadas. Adicionalmente são descritos os estudos de MALDI-MS/MS de dois pares de glicoftalocianinas isoméricas. Numa segunda parte, descrevem-se a síntese e a caracterização de sistemas supramoleculares de ftalocianinas ligadas a ciclodextrinas ou [60]fulereno. Foram desenvolvidas metodologias sintéticas para obter complexos ftalocianínicos de ruténio(II) substituídos axialmente com derivados de ciclodextrinas, e complexos ftalocianínicos de zinco(II) ligados covalentemente a ciclodextrinas. Descreve-se também a síntese de uma díade ftalocianina- [60]fulereno. A estratégia sintética envolve um peculiar primeiro passo, uma reacção de aminação redutiva, no qual se obtém uma ftalocianina funcionalizada com glicina, seguida da habitual reacção de cicloadição 1,3- dipolar. Na terceira parte, abordam-se sistemas dador-aceitador de díades porfirinaftalocianina, como modelos promissores para mimetizar sistemas fotossintéticos naturais. Diferentes tipos de díades porfirina-ftalocianina, ligadas através do grupo fenilo da posição meso ou da posição β-pirrólica da porfirina, são sintetizadas e caracterizadas. As abordagens sintéticas envolvem reacções de aminação catalisadas por paládio e reacções de condensação cruzada de dois ftalonitrilos adequadamente substituídos. Também se descrevem processos de transferência de energia e electrónica fotoinduzidos que se formam a partir das díades porfirina-ftalocianina.

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.

Hidroquímica e qualidade das águas subterrâneas da Ilha de Santiago - Cabo Verde

A ilha de Santiago, Cabo Verde é uma ilha de origem vulcânica, constituída basicamente por lavas e piroclastos, localizada no Oceano Atlântico ao lado da costa ocidental de África. A ilha é caracterizada por três unidades hidrogeológicas, sendo estas a Formação de Base (semi-confinada), a Formação Intermédia (freática) e a Formação Recente (freática), que apresentam características geológicas e comportamentos hidráulicos que as diferenciam, recebendo recarga directa e/ ou diferida por infiltração das águas de chuva e descarregam ao mar, na rede hidrográfica ou, ainda, em outros níveis aquíferos subjacentes, desde que induzidos por gradientes hidráulicos favoráveis. O clima de Santiago é árido a semi-árido, com precipitações muito escassas e irregulares, condicionadas na sua distribuição pela altitude, ventos e orientação das vertentes, dando por vezes origem a períodos de seca prolongados. Em anos de ‘boa’ chuva, as precipitações propiciam a existência temporária de recursos hídricos superficiais e a recarga dos recursos de água subterrânea. Foi realizado um estudo hidrogeoquímico detalhado da ilha que incluiu a recolha de amostras em 133 pontos de água, entre furos, poços e nascentes. A composição química das águas analisadas na ilha de Santiago apresenta significativas variações em função da geologia e do tempo de residência. Na ausência de episódios de contaminação, as águas subterrâneas têm uma composição do tipo bicarbonatada-sódica (HCO3-Na) nas zonas mais altas da ilha, onde afloram as formações da Unidade Aquífera Intermédia. Nas zonas mais próximas da costa ocorrem águas de composição cloretada-magnesiana (Cl-Mg) ou cloretada-sódica (Cl-Na). Estas últimas predominam nas partes terminais das ribeiras, onde afloram materiais de elevada permeabilidade, e o excesso de bombagem para irrigação tem conduzido a um avanço da cunha de intrusão marinha. A ocorrência da fácies Cl-Na é neste caso o resultado de processos de intercâmbio catiónico que ocorrem durante o processo de intrusão e é concordante com os elevados teores de cloretos e de condutividade eléctrica observados. Os resultados das análises de isótopos estáveis de oxigénio-18 e deutério, realizadas em amostras recolhidas a distintas altitudes, revelam um gradiente negativo com a altitude, que já tinha sido verificado em outras ilhas com declives acentuados, permitindo assim determinar altitudes de recarga de água subterrânea. Os estudos hidrogeoquímicos até agora realizados permitiram caracterizar os principais níveis aquíferos da ilha de Santiago, colocando em evidência a limitada recarga do aquífero e o risco de gradual degradação dos recursos de água subterrânea por fenómenos de intrusão salina e contaminação agrícola. Estes resultados revelam a importância da gestão integrada da qualidade e quantidade dos parcos recursos de água subterrânea na ilha de Santiago.

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.