Synthesis of new calixarene-based lubricant additives

The lubricants are normally composed by base oils and a number of additives which are added to improve the performances of the final product. In this work, which is due to the collaboration between ENI S.p.A. and Prof. Casnati’s group, significant results in the application of calixarene structures to two classes of lubricant additives (viscosity index improvers and detergents) were shown. In particular, several calix[8]arene derivatives were synthesized to use as core precursors in the “arm-first" synthetic processes of star polymers for viscosity index improver applications. The use of calixarene derivatives enable the production of star polymers with a high and well-defined number of branches and endowed with a very low dispersivity of molecular weight which can originate better performances than the current commercially available viscosity index improvers of the major competitor. Several functional groups were considered to prepare reactive p-tert-butylcalix[8]arene cores to be used in living anionic polymerization. n-butyllithium was used as model of the living anionic polymer to test the outcome of the reaction of polymer insertion on the calixarene core, facilitating the analyses of the products. The calixarene derivative, which easier reacts with n-BuLi, was selected for the preparation of star polymers by using a isoprene/styrene living anionic polymer. Finally, the lubricant formulations, which include the calixarene-based star polymers or commercially available products as viscosity index improvers, were prepared and comparatively tested. In the last part of Thesis, the use of calixarenes as polycarboxylic acids to synthetize new sulfur-free detergents as lubricant additives was carried out. In this way, these calcium-based detergents can be used for the formulation of new automotive lubricants with low content of ash, phosphorus and sulfur (low SAPS). To increase the low deprotonation degree of OH groups and their capacity to complex calcium ions, a complete functionalization of the calixarene mixtures with acetic acid groups was required. Futhermore, the “one-step” synthesis of new calixarenes with alkyl chains in para positions longer than the ones already known was necessary to improve the oil solubility and stability of reverse micelles formed by the detergents. Moreover, the separation and characterization of the calixarenes were carried out to optimize their synthetic process, also on pilot scale. For our purpose, the use of p-tert-octylcalixarenes for the preparation of detergents was carried out to compare the properties of the final detergents respect to the use of the p-dodecyl calixarenes. Once achieved the functionalization of both calixarene mixtures with carboxylic acid groups, the syntheses of new calixarene-based detergents were carried out to identify the best calixarene derivative for our research goals. The synthetic process for the preparation of calixarene-based detergent having very high basicity (TBN 400) was also investigated for applications in lubricants for marine engines. In addition, with the aim of testing the calixarene-based detergents in automotive lubricants, several additive packages (concentrated mixture of additives) containing our detergents were prepared. Using these packages the corresponding automotive lubricants can be formulated. Besides, a lubricant containing commercial calcium alkylbenzene-sulfonates detergents was prepared to compare its detergency properties with those of the calixarene-based oils.

Preparação e caracterização de nanopartículas de prata para aplicação no desenvolvimento de imunoensaio para imunoglobulina G humana

Neste trabalho, anticorpos anti-IgGh foram conjugados às nanopartículas de prata (NPAg) para detectar imunoglobulina G humana (IgGh). Um imunoensaio colorimétrico baseado na diminuição da agregação devido ao aumento da repulsão eletrostática após a interação ligante-alvo. A agregação é induzida pela variação da força iônica e uma mudança da coloração da suspensão coloidal de amarelo para vermelho pode ser observada. Na presença de IgGh, a agregação é inibida e a coloração da suspensão coloidal não se altera. As nanopartículas foram obtidas por meio de cinco procedimentos diferentes e caracterizadas por espectroscopia UV-Vis, espalhamento dinâmico de luz, difração de raios-X e microscopia eletrônica. Glicose e borohidreto de sódio foram utilizados como agentes redutores, enquanto CTAB e β-ciclodextrina foram utilizados como estabilizantes. Citrato de sódio foi utilizado como agente redutor e/ou estabilizante. Nanoesferas de carbono foram obtidas por tratamento hidrotérmico de uma solução aquosa de glicose e também foram utilizadas no preparo das nanopartículas. As nanopartículas foram funcionalizadas com ácido mercaptossuccínico e a conjugação ocorreu devido à interação entre grupos aminas e grupos carboxílicos ionizados, presentes no anticorpo e agente de acoplamento, respectivamente. A estabilidade dos conjugados e o efeito da adição de IgGh foram avaliados para todos os sistemas preparados. As nanopartículas de prata preparadas com borohidreto de sódio e citrato de sódio foram selecionadas para serem aplicadas no desenvolvimento do imunoensaio e as condições experimentais foram avaliadas. Em condições ótimas, observou-se uma correlação linear entre a diminuição da agregação do sistema (NPAg-anti-IgGh) e a concentração de IgGh (0 a 200 ng mL-1). O limite de detecção foi estimado em 25 ng mL-1. O método colorimétrico apresentou boa seletividade para a detecção de IgGh. Além disso, foi obtido um resultado satisfatório ao aplicar o método para determinação do fator IX de coagulação. Foi desenvolvido também um método para determinação de ATP baseado na agregação de nanopartículas de ouro. Aptâmeros foram utilizados como elemento de reconhecimento. Em princípio, o método pode ser aplicável à determinação de outros analitos, por meio da substituição do aptâmero utilizado neste trabalho pelo oligonucleotídeo específico para o alvo de interesse.

Dinâmica do fósforo no solo em função da adição de ácidos orgânicos de baixa massa molar

A baixa eficiência da adubação fosfatada em solos altamente intemperizados é devido, entre outros fatores, à adsorção do fósforo (P) à superfície das argilas silicatadas do tipo 1:1 e, principalmente, dos (hidr)óxidos de Fe e de Al. Manejos do solo que induzem a solubilização de formas de P indisponíveis para as plantas têm sido intensamente estudados nos últimos anos. Uma tentativa de aumentar a concentração de P disponível na solução do solo para sua absorção pelas plantas é a mobilização de P por ânions de ácidos orgânicos de baixa massa molar (AOBMM). Ânions derivados de AOBMM exsudados pelas raízes de plantas ou excretados por microrganismos são associados com algumas condições de rizosfera como deficiência de P e fitotoxidez de Al e interagem com o solo de forma a aumentar a biodisponibilidade de P. Dependendo dos atributos do solo, do grau de dissociação, das propriedades e do número de grupos carboxílicos dos ânions orgânicos, o P pode ser mobilizado do solo principalmente devido à dissolução complexométrica de minerais e à adsorção competitiva dos grupos funcionais carboxílicos e fosfato nos sítios de superfície coloidais. A capacidade dos ânions citrato, malato e oxalato em mobilizar P de amostras de um Neossolo Quartzarênico típico (RQ) e de um Latossolo Vermelho ácrico (LVwf) foi avaliada por meio de um estudo de lixiviação de ânions em colunas. Devido a não detecção de P nos efluentes das colunas com LVwf, foi realizado outro estudo em colunas, no qual somente citrato foi lixiviado, mas num volume maior, e as alterações das formas de P nas amostras desse solo induzidas pela lixiviação de citrato foram identificadas por espectroscopia de absorção de raios-X na borda K do fósforo (X-ray absorption near edge structure -XANES - spectroscopy). A capacidade dos ânions de AOBMM em solubilizar P foi mais dependente do teor de P disponível e de outros atributos do solo que do número de grupos funcionais carboxílicos dos ânions orgânicos. Somente o oxalato mobilizou P do RQ, enquanto todos os ânions de AOBMM foram capazes de mobilizar P do LVwf. Quando baixos volumes de solução contendo ânions de AOBMM foram lixiviados no solo, além do aumento do pH, a mobilização de P foi acompanhada pela mobilização de Al no RQ (pH água = 5), e pela mobilização de Ca no LVwf (pH água = 5.6), o que indica solubilização de P pela complexação de Al, Ca, ou Fe, de fosfatos insolúveis, ou pela inibição da precipitação de P com esses metais. Ao lixiviar um volume maior de citrato no LVwf, o P também não foi detectado nos efluentes das colunas, mas houve lixiviação intensa de Al e Fe, bem como mudanças nas proporções de formas de P no solo caracterizadas pelos espectros XANES. Embora tenhamos encontrado indícios da ação dos principais mecanismos de solubilização de P (dissolução complexométrica de minerais e troca de ligantes entre grupos funcionais carboxílicos e P adsorvido ao solo), os ânions de AOBMM mostraram pouco potencial de efetivamente aumentar a biodisponibilidade de P.

Complexos de vanádio como miméticos de peroxidases e catalisadores de oxidação: síntese e caracterização espectroscópica

Quatro novos complexos mononucleares e um dinuclear de vanádio(IV) contendo ligantes do tipo imínico e carboxilato foram sintetizados e caracterizados através de diferentes técnicas espectroscópicas, UVNis, FT/IR e EPR, além de análise elementar, medidas de condutividade molar e, para alguns deles, análise termogravimétrica. Alguns deles foram obtidos como espécies neutras e outros, contendo grupos carboxilatos, foram isolados como espécies aniônicas, com contra-íons Na+ ou NH4+. Os complexos clássicos da literatura, largamente estudados e caracterizados, [VIVO(acac)2] e [VIvO(salen)], também foram sintetizados e caracterizados, a fim de comparar suas propriedades com aquelas dos novos complexos de vanádio(IV) sintetizados. Através das técnicas espectroscópicas, as principais bandas de transição e os principais grupos funcionais existentes nos complexos puderam ser verificados, bem como a simetria da estrutura geométrica e a confirmação do estado de oxidação do metal nos complexos. Além disso, através de medidas de condutividade molar e análise térmica foram confirmadas as razões estequiométricas ligante: metal em cada complexo, verificando-se, por exemplo, a natureza dimérica proposta para o complexo [VIVO(dbhab)] 2.

Efeitos da mecanização agrícola da cultura da cana-de-açúcar nos processos erosivos: dimensionamento de terraços com base na Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS)

A cultura da cana-de-açúcar é a segunda maior movimentação econômica na cadeia do agronegócio no Brasil. Gera riquezas através da fabricação de açúcar, etanol e cogeração de energia elétrica, além de outros subprodutos. Considerada fonte de energia renovável, a cana-de- açúcar a princípio tinha sua imagem associada a impactos negativos principalmente devido as queimadas realizadas nas lavouras para colheita manual. Nos últimos anos, baseado em decretos e no Protocolo Agro-ambiental, essa prática vem sendo abolida. Para se manter e até mesmo aumentar o rendimento das colhedoras nos canaviais, os gestores têm adotado práticas para reduzir os terraços agrícolas, com impacto nos sistemas de conservação de solos. Assim, este trabalho teve como objetivo identificar os impactos ambientais provocados pela mecanização agrícola decorrente do mau manejo e dimensionamento dos mecanismos de conservação do solo. Neste estudo também se realizou uma análise à Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS), como ferramenta para o dimensionamento de terraços agrícolas. O estudo foi realizado em uma microbacia hidrográfica, denominada Ribeirão da Bocaina, localizada na UGRHI-13 (Tietê - Jacaré). Foi possível identificar a variabilidade amostral do solo para o dimensionamento conservacionista, gerando curvas de nível com Desníveis Verticais (D.V) desuniformes, contrariando a sistemática atual de terraços que respeita cotas múltiplas ou mesmo dimensionamentos empiristas, segundo o conhecimento local e o histórico recente da área. Algumas sugestões também foram feitas afim de torná-la uma ferramenta ainda mais eficiente, considerando condições particulares à cultura da cana-de-açúcar, tais como a influência da palhada, sulcos de plantio e diversos tipos de terraços como meios de controle à erosão. A metodologia foi satisfatória, no que tange a compreensão pelos meios de correlação entre as práticas conservacionistas e modelos de predição de perda de solo, trazendo luz à ciência na interpretação das ferramentas existentes e as lacunas a serem preenchidas.

Development of a Cleanup Management Plan for the San Benito River in San Benito County, California

Trash and car/truck bodies in the San Benito River and along its banks continue to present a challenge as state mandated basin plans often fail to address these pollutants. To measure the extent of the problem, an assessment of trash and car/truck bodies was completed along four locations of the river. The survey results indicated a need for a Cleanup Management Plan that should include a streamlining process for the removal of car/truck bodies, as well as guidelines for river cleanups. Existing cleanup plans and internet resources were analyzed for creation of the Cleanup Management Plan for the San Benito River.

Investigating the influence of surfactants on the stabilization of aqueous reduced graphene oxide dispersions and the characteristics of their composite films

The stabilization of reduced graphene oxide (RGO) sheets in aqueous dispersion using a wide range of surfactants of anionic, non-ionic and zwitterionic type has been investigated and compared under different conditions of pH, surfactant and RGO concentration, or sheet size. The observed differences in the performance of the surfactants were rationalized on the basis of their chemical structure (e.g., alkylic vs. aromatic hydrophobic tail or sulfonic vs. carboxylic polar head), thus providing a reference framework in the selection of appropriate surfactants for the processing of RGO suspensions towards particular purposes. RGO-surfactant composite paper-like films were also prepared through vacuum filtration of the corresponding mixed dispersions and their main characteristics were investigated. The composite paper-like films were also electrochemically characterized. Those prepared with two specific surfactants exhibited a high capacitance in relation to their surfactant-free counterpart.

Metal-complex ionosilicas: Cationic mesoporus silica with Ni(II) and Cu(II) complexes in their framework

Metal-complex ionosilicas with cationic complexes into the mesoporous silica framework were prepared using anionic surfactants. The electrostatic interaction between the anionic surfactant and the cationic metal complexes incorporated in the silica framework allows for the fine tuning of the mesoporous structure. The gentle procedure of synthesis developed and mild ion-exchange extraction of the surfactant, allowed a cleaner route for the immobilization of homogeneous cationic catalysts in mesoporous silica, while protecting the structural and chemical integrity of the metal complexes.

Fate and Transport of Naproxen in a Sandy Aquifer Material: Saturated Column Studies and Model Evaluation

Naproxen-C14H14O3 is a nonsteroidal anti-inflammatory drug which has been found at detectable concentrations in wastewater, surface water, and groundwater. Naproxen is relatively hydrophilic and is in anionic form at pH between 6 and 8. In this study, column experiments were performed using an unconsolidated aquifer material from an area near Barcelona (Spain) to assess transport and reaction mechanisms of Naproxen in the aquifer matrix under different pore water fluxes. Results were evaluated using HYDRUS-1D, which was used to estimate transport parameters. Batch sorption isotherms for Naproxen conformed with the linear model with a sorption coefficient of 0.42 (cm3 g−1), suggesting a low sorption affinity. Naproxen breakthrough curves (BTCs) measured in soil columns under steady-state, saturated water flow conditions displayed similar behavior, with no apparent hysteresis in sorption or dependence of retardation (R, 3.85-4.24) on pore water velocities. Soil sorption did not show any significant decrease for increasing flow rates, as observed from Naproxen recovery in the effluent. Sorption parameters estimated by the model suggest that Naproxen has a low sorption affinity to aquifer matrix. Most sorption of Naproxen occurred on the instantaneous sorption sites, with the kinetic sorption sites representing only about 10 to 40% of total sorption.

Competing Lipid-Protein and Protein-Protein Interactions Determine Clustering and Gating Patterns in the Potassium Channel from Streptomyces lividans (KcsA)

There is increasing evidence to support the notion that membrane proteins, instead of being isolated components floating in a fluid lipid environment, can be assembled into supramolecular complexes that take part in a variety of cooperative cellular functions. The interplay between lipid-protein and protein-protein interactions is expected to be a determinant factor in the assembly and dynamics of such membrane complexes. Here we report on a role of anionic phospholipids in determining the extent of clustering of KcsA, a model potassium channel. Assembly/disassembly of channel clusters occurs, at least partly, as a consequence of competing lipid-protein and protein-protein interactions at nonannular lipid binding sites on the channel surface and brings about profound changes in the gating properties of the channel. Our results suggest that these latter effects of anionic lipids are mediated via the Trp67–Glu71–Asp80 inactivation triad within the channel structure and its bearing on the selectivity filter.

Performance Assessment of a Polymer Electrolyte Membrane Electrochemical Reactor under Alkaline Conditions – A Case Study with the Electrooxidation of Alcohols

A novel polymer electrolyte membrane electrochemical reactor (PEMER) configuration has been employed for the direct electrooxidation of propargyl alcohol (PGA), a model primary alcohol, towards its carboxylic acid derivatives in alkaline medium. The PEMER configuration comprised of an anode and cathode based on nanoparticulate Ni and Pt electrocatalysts, respectively, supported on carbonaceous substrates. The electrooxidation of PGA was performed in 1.0 M NaOH, where a cathode based on a gas diffusion electrode was manufactured for the reduction of oxygen in alkaline conditions. The performance of a novel alkaline anion-exchange membrane based on Chitosan (CS) and Poly(vinyl) alcohol (PVA) in a 50:50 composition ratio doped with a 5 wt.% of poly (4-vinylpyridine) organic ionomer cross-linked, methyl chloride quaternary salt resin (4VP) was assessed as solid polymer electrolyte. The influence of 4VP anionic ionomer loading of 7, 12 and 20 wt.% incorporated into the electrocatalytic layers was examined by SEM and cyclic voltammetry (CV) upon the optimisation of the electroactive area, the mechanical stability and cohesion of the catalytic ink onto the carbonaceous substrate for both electrodes. The performance of the 4VP/CS:PVA membrane was compared with the commercial alkaline anion-exchange membrane FAA −a membrane generally used in direct alcohol alkaline fuel cells- in terms of polarisation plots in alkaline conditions. Furthermore, preparative electrolyses of the electrooxidation of PGA was performed under alkaline conditions of 1 M NaOH at constant current density of 20 mA cm−2 using a PEMER configuration to provide proof of the principle of the feasibility of the electrooxidation of other alcohols in alkaline media. PGA conversion to Z isomers of 3-(2-propynoxy)-2-propenoic acid (Z-PPA) was circa 0.77, with average current efficiency of 0.32. Alkaline stability of the membranes within the PEMER configuration was finally evaluated after the electrooxidation of PGA.

Magnetism and photophysics in supramolecular transition-metal compounds

Based on a synthetic strategy, extended anionic, homo and bimetallic oxalato-bridged transition-metal compounds with two (2D) and three-dimensional (3D) connectivities can be synthesized and crystallized. Thereby, the choice of the templating counterions will determine the crystal chemistry. Since the oxalato bridge is a mediator for both antiferro and ferromagnetic interactions between similar and dissimilar metal ions, long-range magnetic ordering will occur. Examples of the determination of magnetic structures in 2D and 3D compounds by means of elastic neutron scattering methods will be discussed. In addition, due to the possibility of the variation of different metal ions in varying oxidation states, interesting photophysical processes can be observed within the extended three-dimensional host/guest systems.

Chiral, Three-Dimensional Supramolecular Compounds: Homo- and Bimetallic Oxalate- and 1,2-Dithiooxalate-Bridged Networks. A Structural and Photophysical Study.

In analogy to the [M(II)(bpy)(3)](2+) cations, where M(II) is a divalent transition-metal and bpy is 2,2'-bipyridine, the tris-chelated [M(III)(bpy)(3)](3+) cations, where M(III) is Cr(III) or Co(III), induce the crystallization of chiral, anionic three-dimensional (3D) coordination polymers of oxalate-bridged (&mgr;-ox) metal complexes with stoichiometries [M(II)(2)(ox)(3)](n)()(2)(n)()(-) or [M(I)M(III)(ox)(3)](n)()(2)(n)()(-). The tripositive charge is partially compensated by inclusion of additional complex anions like ClO(4)(-), BF(4)(-), or PF(6)(-) which are encapsulated in cubic shaped cavities formed by the bipyridine ligands of the cations. Thus, an elaborate structure of cationic and anionic species within a polymeric anionic network is realized. The compounds isolated and structurally characterized include [Cr(III)(bpy)(3)][ClO(4)] [NaCr(III)(ox)(3)] (1), [Cr(III)(bpy)(3)][ClO(4)][Mn(II)(2)(ox)(3)] (2), [Cr(III)(bpy)(3)][BF(4)] [Mn(II)(2)(ox)(3)] (3), [Co(III)(bpy)(3)][PF(6)][NaCr(III)(ox)(3)] (4). Crystal data: 1, cubic, P2(1)3, a = 15.523(4) Å, Z = 4; 2, cubic, P4(1)32, a = 15.564(3) Å, Z = 4; 3, cubic, P4(1)32, a = 15.553(3) Å, Z = 4; 4, cubic, P2(1)3, a = 15.515(3) Å, Z = 4. Furthermore, it seemed likely that 1,2-dithiooxalate (dto) could act as an alternative to the oxalate bridging ligand, and as a result the compound [Ni(II)(phen)(3)][NaCo(III)(dto)(3)].C(3)H(6)O (5) has successfully been isolated and structurally characterized. Crystal data: 5, orthorhombic, P2(1)2(1)2(1), a = 16.238(4) Å, b = 16.225(4) Å, c = 18.371(5) Å, Z = 4. In addition, the photophysical properties of compound 1 have been investigated in detail. In single crystal absorption spectra of [Cr(III)(bpy)(3)][ClO(4)][NaCr(III)(ox)(3)] (1), the spin-flip transitions of both the [Cr(bpy)(3)](3+) and the [Cr(ox)(3)](3)(-) chromophores are observed and can be clearly distinguished. Irradiating into the spin-allowed (4)A(2) --> (4)T(2) absorption band of [Cr(ox)(3)](3)(-) results in intense luminescence from the (2)E state of [Cr(bpy)(3)](3+) as a result of rapid energy transfer processes.

Illinois clean and beautiful program : 1987 application guide.

Cover title.

Use of anion clay hydrotalcite to remove coloured organics from aqueous solutions

Anion clay hydrotalcite sorbents were prepared to investigate their adsorption capabilities in the removal of coloured organic substances from various aqueous systems. Anion clay hydrotalcite was found to be particularly effective at removing negatively charged species. Its excellent uptake levels of anionic species can be accounted for by its high surface area and anion exchange ability. That is, coloured substances can be adsorbed on the surface or enter the interlayer region of the clay by anion exchange. In the adsorption of Acid Blue 29 on the anion clay hydrotalcite, an equilibrium time of 1 h with dye removal exceeding 99% was obtained. The hydrotalcite was found to have an adsorption capacity marginally below that of commercial activated carbon. It should be noted that the spent sorbents can be regenerated easily by heating at 723 K to remove all adsorbed organics. The reused sorbents displayed greater adsorption capabilities than the newly prepared hydrotalcite. Hence, the anion clay hydrotalcite is easily recoverable and reusable such that it is a promising sorbent for environmental and purification purposes. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.