A Química na agricultura: perspectivas para o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis

Food production and preservation of the environment are among the challenges faced by contemporary society. In Brazil, as in most parts of the world, the possibility of increasing the agricultural area is limited by several factors. Thus, an increase in productivity through the application of innovative technologies is regarded as the best solution to overcome such a problem. For long, chemistry has contributed to agricultural innovations such as synthetic pesticides for pest management. However, due to the well-known adverse effects of these compounds, new "greener" strategies are being explored. Research in chemical ecology, in combination with other emerging sciences, is leading to the development of new technologies such as plant-based pesticides (biopesticides); synthetic pheromones and plant volatile organic compounds, both of them to manipulate insect behavior; chemical elicitors to boost plant resistance; and genetic engineering of plant varieties. In these, chemistry plays an important role in the identification and synthesis of functional compounds. These techniques may be incorporated in integrated pest management programs and may contribute to a sustainable agriculture in the future.

Supramolecular Organization of Metal Nanoparticles in Solution and of Phenyleneethynylenes on Surfaces

Most of the procedures reported for the synthesis of metal nanoparticles involve the use of strong reducing agents or elevated temperatures. This limits the possibility of developing metal nanoparticle based sensors for the in situ detection of analytes. One of the objectives of the present investigations is to (i) develop newer methodologies for the synthesis of metal nanoparticles in aqueous medium at ambient conditions and (ii) their use in the detection of metal cations by taking advantage of the unique coordination ability. Ideally, biocompatible molecules which possess both the reducing and stabilizing groups are desirable for such applications. Formation of stable supramolecular assembly, by bringing metal nanoparticles close to each other, results in plasmon coupling and this strategy can be effectively utilized for the development of metal nanoparticle based sensors.Another objective of the present study is to understand the supramolecular organization of molecules on surfaces. Various noncovalent interactions between the molecules and with surface play a decisive role in their organizations. An in-depth understanding of these interactions is essential for device fabrications. Recent photophysical studies have revealed that phenyleneethynylene based molecular systems are ideal for device application. The second objective of the thesis focuses on understanding the (i) organization of phenyleneethynylenes on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) surface with atomic level precision and (ii) weak intermolecular interactions which drive their organization.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

A Supervisão Pedagógica geradora de dinâmicas colaborativas entre professores de Matemática e Ciências Físico- Químicas

Numa escola que se encontra em transformação no sentido de se adaptar aos contextos sociais, culturais e políticos que a rodeiam, cabe aos professores serem agentes ativos na definição do caminho a percorrer, visando o aumento da qualidade educativa a proporcionar aos nossos jovens. O questionamento inerente à reflexão sobre o percurso profissional levou à identificação da situação problema e à formulação daquela que é a questão de partida deste trabalho: Como pode a supervisão pedagógica promover a troca de experiências e o trabalho colaborativo entre os docentes de Matemática e de Ciências Físico Químicas? Para dar resposta a esta questão, elaborámos o enquadramento teórico, orientado pelas palavras-chave e com recurso a autores de referência, no qual pretendemos salientar as principais investigações que conferem suporte às temáticas subjacentes: Cultura profissional docente, Supervisão pedagógica, Gestão curricular. Como o objetivo geral do trabalho de projeto é conceber um projeto de supervisão pedagógica que promova a troca de experiências e o trabalho colaborativo entre os professores de Matemática e de Ciências Físico Químicas, a terceira parte foi estruturada com base nos princípios subjacentes à metodologia de projeto. Recolhemos opiniões através de Inquéritos por Questionário, aplicados a todos os professores dos grupos disciplinares de Matemática e de Ciências Físico-Químicas. A análise dos questionários permitiu constatar que o que é prescrito na literatura especializada não parece ser posto em prática, verificando-se incongruências entre o que deve ser feito e o que é levado a cabo na prática, o que nos leva a salientar a necessidade de formação em supervisão e mais concretamente em trabalho colaborativo. É pois tendo por base o que aqui é referido que se propõe, como plano de intervenção, a realização de uma oficina de formação que, em primeiro lugar, seria destinada aos docentes de Matemática e de Ciências Físico Químicas, devendo posteriormente ser alargada a outros grupos disciplinares e a todos os departamentos.

Using deuterated PAH amendments to validate chemical extraction methods to predict PAH bioavailability in soils

Validating chemical methods to predict bioavailable fractions of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by comparison with accumulation bioassays is problematic. Concentrations accumulated in soil organisms not only depend on the bioavailable fraction but also on contaminant properties. A historically contaminated soil was freshly spiked with deuterated PAHs (dPAHs). dPAHs have a similar fate to their respective undeuterated analogues, so chemical methods that give good indications of bioavailability should extract the fresh more readily available dPAHs and historic more recalcitrant PAHs in similar proportions to those in which they are accumulated in the tissues of test organisms. Cyclodextrin and butanol extractions predicted the bioavailable fraction for earthworms (Eisenia fetida) and plants (Lolium multiflorum) better than the exhaustive extraction. The PAHs accumulated by earthworms had a larger dPAH:PAH ratio than that predicted by chemical methods. The isotope ratio method described here provides an effective way of evaluating other chemical methods to predict bioavailability.

Two New Supramolecular Assemblies Obtained by Reaction Between Saccharin and Long-chain Diamines

The crystal Structures of heptamethylenediammonium bis(saccharinate) monohydrate, [H(3)N-(CH(2))(7)-NH(3)](sac)(2)center dot H(2)O (1) 0 (1) and octamethylenediammonium bis(saccharinate) hemihydrate, [H(3)N-(CH(2))(8)-NH(3)](sac)(2)center dot 0.5H(2)O (2), were determined-by single-crystal X-ray diffraction methods. Compound I crystallizes in the triclinic space group P (1) over bar with 2 molecules per unit cell, and 2 in the monoclinic space group P2(1)/a with Z = 4. The saccharinate moiety is planar in both compounds presenting bonding characteristics comparable to those found in other saccharinate salts. The ionic crystals are further stabilized by an extensive H-bonding network, which links the anions and cations into an infinite three-dimensional Supramolecular assembly. The FTIR spectra of the adducts are briefly discussed in comparison with those of the constituent Molecules.

7-Hydroxycassine: A new 2,6-dialkylpiperidin-3-ol alkaloid and other constituents isolated from flowers and fruits of senna spectabilis (Fabaceae)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Water Quality Variability in a Bioswell and Concrete Drainage Pipe, Southwest Lincoln, Nebraska

Abstract The goal of this project is to evaluate the effectiveness of bioswells in protecting water quality from urban runoff. The hypothesis tested in this project is that water in bioswells improves water quality. Water quality in both a bioswell and an underground concrete lined ditch, both containing ground and surface water, were tested for certain water quality parameters. These parameters consisted of: Dissolved Oxygen, pH, water temperature, weather temperature, Total Dissolved Solids, Specific Conductivity, Alkalinity, Total Dissolved Carbon, Chemical Oxygen Demand, and depth and width of the sampling site. An additional contaminant that was looked at was motor oil. This was measured by comparing Total Organic Carbon with Chemical Oxygen Demand. A variety of different methods to measure the water quality parameters were utilized. The concrete site had more stable readings, but much higher water temperatures. However, the bioswell water is mainly from surface water runoff, and the underground concrete lined pipe is from underground water, so the two cannot be directly compared. The bioswell had high readings, especially pertaining to Oxygen Demand, Total Organic Carbon, and Specific Conductivity in early test dates. But, these readings improved as they were filtered though the bioswell. As plant activity increased and the weather began to warm up there were more stable readings. It is concluded that bioswells are an effective way to reduce problems associated with urban runoff pertaining to certain water quality parameters.

Untersuchung des Reorientierungsverhaltens und Strukturierung dünner amphiphiler Blockcopolymerfilme zum Aufbau von Kompositen

Grundlage für die hier gezeigte Arbeit stellt die Eigenschaft von amphiphilen Blockcopolymeren dar immer den Block mit der niedrigsten Grenzflächenenergie zum angrenzenden Medium an die Oberfläche zu bringen. Durch einen Austausch des Mediums an der Grenzfläche zum Blockcopolymer kann eine Reorientierung erzwungen werden, wenn die Grenzflächenenergie des anderen Blocks nun die niedrigere Grenzflächenenergie besitzt. Dieses Verhalten von dünnen amphiphilen Blockcopolymerfilmen wurde zur Strukturierung von Oberflächen ausgenutzt und in nachfolgenden Synthesen weiter verstärkt. Um dies zu erreichen wurde das zur Strukturierung erforderliche Poly(4-Octylstyrol)block(4-hydroxystyrol) durch kontrollierte radikalische Polymerisationsmethode mit dem Tempo Unimer (2,2,6,6-Tetramethyl-1-1(1-phenyl-ethoxy)-piperidin) synthetisiert. Für die geplanten Reorientierungen und Modifizierungen von Oberflächen wurden dünne Filme durch Schleuderbeschichtung auf verschiedenen Substraten (Siliziumwafern, Glassubstraten und Goldoberflächen) hergestellt. Das Verhalten der Oberflächen von diesen Filmen wurde durch Kontaktwinkelmessungen untersucht. Auf diese Weise konnte gezeigt werden, dass die Oberfläche von Polymerfilmen nach der Präparation aus dem hydrophoben Block des Polymers gebildet wird. Durch Kontakt des Polymerfilms mit Wasser kann dieser zur Reorientierung gebracht werden, so dass der hydrophile Block des Polymers an der Oberfläche erscheint. Dieses Verhalten wurde zur Strukturierung mit softlithographischen Techniken genutzt. Dazu wurden hydrophil/hydrophob strukturierte Oberflächen durch Aufsetzen von hydrophoben PDMS-Stempeln, die Teile der Oberfläche selektiv abdeckten, und Einbringen von Wasser in die dabei entstehenden Kapillaren hergestellt. Dies ermöglichte es die Oberfläche selektiv im Größenbereich von 500nm bis zu 50µm zu strukturieren und an den reaktiven Bereichen Materialien, wie z.B. Kupfer, Titandioxid, Polyelektrolyte, photonische Kristalle und angegraftete Polymere, mit verschiedenen Methoden selektiv auf die Oberfläche aufzubringen. Um den Reorganisationsprozess der Oberfläche genauer zu studieren, wurde ein für diese Aufgabe besser geeignetes Polymer (Poly(Styrol)-block-poly(essigsäure-2-(2-(4-vinyl-phenoxy)-ethoxy)ethylester)) synthetisiert. Aus diesem Blockcopolymer wurden wieder dünne Filme durch Spincoaten hergestellt. Die Reorientierung dieses Polymers in 70°C warmen Wasser konnte durch Kontaktwinkelmessungen und NEXAFS Spektroskopie nachgewiesen werden. Mit Hilfe der NEXAFS Spektroskopie konnte festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit der Reorientierung durch eine exponentielle Funktion beschrieben werden kann. Eine Auswertung der Geschwindigkeitskonstante für die Reorientierung einer hydrophilen zu einer hydrophoben Oberfläche des Polymers bei 60°C führt zu =75min. Aufgrund des exponentiellen Charakters der Reorientierung macht es den Anschein, dass die Reorientierung bei verschiedenen Reorientierungstemperaturen bis zu einem gewissen Grad erfolgt und dann stoppt. Eine weitere Reorientierung scheint erst wieder bei einer Temperaturerhöhung zu beginnen. Aus AFM Messungen ist ein Beginnen der Reorientierung durch Bildung kleiner Löcher in der Polymeroberfläche zu erkennen, die sich zu runden Erhöhungen und Vertiefungen vergrößern, um letztendlich in ein spinodales Entmischungsmuster über zu gehen. Dieses heilt dann im Laufe der Zeit langsam durch Verschwinden der hydrophilen Bereiche langsam aus. Der Beginn des zuvor beschriebenen Reorientierungsprozesses einer hydrophilen Oberfläche in eine hydrophobe konnte sowohl in den AFM, als auch in den NEXAFS-Messungen zu ca. 50°C bestimmt werden.

Effects of Chemical Deicers on Amphibian Communites

Roads and highways present a unique challenge to wildlife as they exhibit substantial impacts on the surrounding ecosystem through the interruption of a number of ecological processes. With new roads added to the national highway system every year, an understanding of these impacts is required for effective mitigation of potential environmental impacts. A major contributor to these negative effects is the deposition of chemicals used in winter deicing activities to nearby surface waters. These chemicals often vary in composition and may affect freshwater species differently. The negative impacts of widespread deposition of sodium chloride (NaCl) have prompted a search for an `environmentally friendly' alternative. However, little research has investigated the potential environmental effects of widespread use of these alternatives. Herein, I detail the results of laboratory tests and field surveys designed to determine the impacts of road salt (NaCl) and other chemical deicers on amphibian communities in Michigan's Upper Peninsula. Using larval amphibians I demonstrate the lethal impacts of a suite of chemical deicers on this sensitive, freshwater species. Larval wood frogs (Lithobates sylvatica) were tolerant of short-term (96 hours) exposure to urea (CH4N2O), sodium chloride (NaCl), and magnesium chloride (MgCl2). However, these larvae were very sensitive to acetate products (C8H12CaMgO8, CH3COOK) and calcium chloride (CaCl2). These differences in tolerance suggest that certain deicers may be more harmful to amphibians than others. Secondly, I expanded this analysis to include an experiment designed to determine the sublethal effects of chronic exposure to environmentally realistic concentrations of NaCl on two unique amphibian species, L. sylvatica and green frogs (L. clamitans). L. sylvatica tend to breed in small, ephemeral wetlands and metamorphose within a single season. However, L. clamitans breed primarily in more permanent wetlands and often remain as tadpoles for one year or more. These species employ different life history strategies in this region which may influence their response to chronic NaCl exposure. Both species demonstrated potentially harmful effects on individual fitness. L. sylvatica larvae had a high incidence of edema suggesting the NaCl exposure was a significant physiologic stressor to these larvae. L. clamitans larvae reduced tail length during their exposure which may affect adult fitness of these individuals. In order to determine the risk local amphibians face when using these roadside pools, I conducted a survey of the spatial distribution of chloride in the three northernmost counties of Michigan. This area receives a relatively low amount of NaCl which is confined to state and federal highways. The chloride concentrations in this region were much lower than those in urban systems; however, amphibians breeding in the local area may encounter harmful chloride levels arising from temporal variations in hydroperiods. Spatial variation of chloride levels suggests the road-effect zone for amphibians may be as large as 1000 m from a salt-treated highway. Lastly, I performed an analysis of the use of specific conductance to predict chloride concentrations in natural surface water bodies. A number of studies have used this regression to predict chloride concentrations from measurements of specific conductance. This method is often chosen in the place of ion chromatography due to budget and time constraints. However, using a regression method to characterize this relationship does not result in accurate chloride ion concentration estimates.

Clinical Impact of Couch Top and Rails on IMRT and Arc Therapy

Purpose: To evaluate the clinical impact of the Varian Exact Couch on dose and volume coverage to targets and critical structures and tumor control probability (TCP) for 6-MV IMRT and Arc Therapy. Methods: Five clinical prostate patients were planned with both, 6-MV 8-field IMRT and 6-MV 2-field RapidArc using the Eclipse treatment planning system (TPS). These plans neglected treatment couch attenuation, as is standard clinical practice. Dose distributions were then recalculated in Eclipse with the inclusion of the Varian Exact Couch (imaging couch top) and the rails in varying configurations. The changes in dose and coverage were evaluated using the DVHs from each plan iteration. We used a tumor control probability (TCP) model to calculate losses in tumor control resulting from not accounting for the couch top and rails. We also verified dose measurements in a phantom. Results: Failure to account for the treatment couch and rails resulted in clinically unacceptable dose and volume coverage losses to the target for both IMRT and RapidArc. The couch caused average dose losses (relative to plans that ignored the couch) to the prostate of 4.2% and 2.0% for IMRT with the rails out and in, respectively, and 3.2% and 2.9% for RapidArc with the rails out and in, respectively. On average, the percentage of the target covered by the prescribed dose dropped to 35% and 84% for IMRT (rails out and in, respectively) and to 18% and 17% for RapidArc (rails out and in, respectively). The TCP was also reduced by as much as 10.5% (6.3% on average). Dose and volume coverage losses for IMRT plans were primarily due to the rails, while the imaging couch top contributed most to losses for RapidArc. Both the couch top and rails contribute to dose and coverage losses that can render plans clinically unacceptable. A follow-up study we performed found that the less attenuating unipanel mesh couch top available with the Varian Exact couch does not cause a clinically impactful loss of dose or coverage for IMRT but still causes an unacceptable loss for RapidArc. Conclusions: Both the imaging couch top and rails contribute to dose and coverage loss to a degree that, if included, would prevent the plan from meeting clinical planning criteria. Therefore, the imaging and mesh couch tops and rails should be accounted for in Arc Therapy and the imaging couch and rails only in IMRT treatment planning.

Chemical and isotopic compositions of altered MORB from ODP Holes 187-1154A, 187-1155B, and 187-1160B

Boron and Pb isotopic compositions together with B-U-Th-Pb concentrations were determined for Pacific and Indian mantle-type mid-ocean ridge basalts (MORB) obtained from shallow drill holes near the Australian Antarctic Discordance (AAD). Boron contents in the altered samples range from 29.7 to 69.6 ppm and are extremely enriched relative to fresh MORB glass with 0.4-0.6 ppm B. Similarly the d11B values range from 5.5? to 15.9? in the altered basalts and require interaction with a d11B enriched fluid similar to seawater ~39.5? and/or boron isotope fractionation during the formation of secondary clays. Positive correlations between B concentrations and other chemical indices of alteration such as H2O CO2, K2O, P2O5, U and 87Sr/86Sr indicate that B is progressively enriched in the basalts as they become more altered. Interestingly, d11B shows the largest isotopic shift to +16? in the least altered basalts, followed by a continual decrease to +5-6? in the most altered basalts. These observations may indicate a change from an early seawater dominated fluid towards a sediment-dominated fluid as a result of an increase in sediment cover with increasing age of the seafloor. The progression from heavy d11B towards lighter values with increasing degrees of alteration may also reflect increased formation of clay minerals (e.g., saponite). A comparison of 238U/204Pb and 206Pb/204Pb in fresh glass and variably altered basalt from Site 1160B shows extreme variations that are caused by secondary U enrichment during low temperature alteration. Modeling of the U-Pb isotope system confirms that some alteration events occurred early in the 21.5 Ma history of these rocks, even though a significant second pulse of alteration happened at ~12 Ma after formation of the crust. The U-Pb systematics of co-genetic basaltic glass and variably low temperature altered basaltic whole rocks are thus a potential tool to place age constraints on the timing of alteration and fluid flow in the ocean crust.

A convergent solution-phase synthesis of the macrocycle Ac-Phe-[Orn-Pro-D-Cha-Trp-Arg], a potent new antiinflammatory drug

Relatively few cyclic peptides have reached the pharmaceutical marketplace during the past decade, most produced through fermentation rather than made synthetically. Generally, this class of compounds is synthesized for research purposes on milligram scales by solid-phase methods, but if the potential of macrocyclic peptidomimetics is to be realized, low-cost larger scale solution-phase syntheses need to be devised and optimized to provide sufficient quantities for preclinical, clinical, and commercial uses. Here, we describe a cheap, medium-scale, solution-phase synthesis of the first reported highly potent, selective, and orally active antagonist of the human C5a receptor. This compound, Ac-Phe[Orn-Pro-D-Cha-Trp-Arg], known as 3D53, is a macrocyclic peptidomimetic of the human plasma protein C5a and displays excellent antiinflammatory activity in numerous animal models of human disease. In a convergent approach, two tripeptide fragments Ac-Phe-Orn-(Boc)-Pro-OH and H-D-Cha-Trp(For)-Arg-OEt were first prepared by high-yielding solution-phase couplings using a mixed anhydride method before coupling them to give a linear hexapeptide which, after deprotection, was obtained in 38% overall yield from the commercially available amino acids. Cyclization in solution using BOP reagent gave the antagonist in 33% yield (13% overall) after HPLC purification. Significant features of the synthesis were that the Arg side chain was left unprotected throughout, the component Boe-D-Cha-OH was obtained very efficiently via hydrogenation Of D-Phe with PtO2 in TFA/water, the tripeptides were coupled at the Pro-Cha junction to minimize racemization via the oxazolone pathway, and the entire synthesis was carried out without purification of any intermediates. The target cyclic product was purified (>97%) by reversed-phase HPLC. This convergent synthesis with minimal use of protecting groups allowed batches of 50100 g to be prepared efficiently in high yield using standard laboratory equipment. This type of procedure should be useful for making even larger quantities of this and other macrocyclic peptidomimetic drugs.

Permeability studies of alkylamides and caffeic acid conjugates from echinacea using a Caco-2 cell monolayer model

Background: Echinacea is composed of three major groups of compounds that are thought to be responsible for stimulation of the immune system-the caffeic acid conjugates, alkylamides and polysaccharides. This study has focussed on the former two classes, as these are the constituents found in ethanolic liquid extracts. Objective: To investigate the absorption of these two groups of compounds using Caco-2 monolayers, which are a model of the intestinal epithelial barrier. Results: The caffeic acid conjugates (caftaric acid, echinacoside and cichoric acid) permeated poorly through the Caco-2 monolayers although one potential metabolite, cinnamic acid, diffused readily with an apparent permeability (P-app) of 1x10(-4) cm/s. Alkylamides were found to diffuse through Caco-2 monolayers with P-app ranging from 3x10(-6) to 3x10(-4) cm/s. This diversity in P-app for the different alkylamides correlates to structural variations, with saturation and N-terminal methylation contributing to decreases in P-app. The transport of the alkylamides is not affected by the presence of other constituents and the results for synthetic alkylamides were in line with those for the alkylamides in the echinacea preparation. Conclusion: Alkylamides but not caffeic acid conjugates are likely to cross the intestinal barrier.

Boric acid catalyzed chemoselective esterification of alpha-hydroxycarboxylic acids

Boric acid catalyzes the selective esterification of alpha-hydroxycarboxylic acids without causing significant esterification to occur with other carboxylic acids. The procedure is simple, high-yielding, and applicable to the esterification of alpha-hydroxy carboxylates in the presence of other carboxylic acids including beta-hydroxyacids within the same molecule.