Índexos de localització i deslocalització derivats de la densitat bielectrònica: anàlisi i aplicacions en estructura molecular, reactivitat química i aromaticitat

La present tesi doctoral s'emmarca dins el camp de la química teòrica i computacional. El primer objectiu, que va ser el de partida, consistia a veure si els índexos bielectrònics derivats de la teoria AIM podien ser útils per estudiar la reorganització electrònica al llarg d'una reacció. De forma paral·lela es va plantejar un objectiu metodològic, el càlcul dels índexos mencionats a altres nivells de teoria, com podia ser DFT o CI. CI. Aquests dos objectius varen portar a molts d'altres, tot i que els principals són: Objectiu 1. Estudi de la reorganització de parells d'electrons al llarg d'una reacció. Objectiu 2. Efecte de la solvatació sobre l'estructura de parells d'electrons d'una molècula. Objectiu 3. Càlcul dels índexos de localització i deslocalització als nivells de teoria del funcional de la densitat i post-Hartree-Fock. Objectiu 4. Caracterització de l'enllaç per pont d'hidrogen per mitjà de l'estructura dels parells d'electrons. Objectiu 5. L'índex de deslocalització: nou criteri electrònic d'aromaticitat.

Síntesi, caracterització química i estudi de l'activitat biològica de nous complexos de Pt(II) amb lligands de tipus diaminocarboxílic i els respectius ésters i derivats peptídics

El cisplatí, PtCl2(NH3)2, ha estat una de les drogues més utilitzades en la quimioteràpia del càncer des del descobriment de la seva activitat. Però degut a la seva alta toxicitat i greus efectes secundaris, s'han sintetitzat nous compostos amb la finalitat de reduir aquests inconvenients. En aquest sentit, el treball desenvolupat en aquesta tesi doctoral ha estat la síntesi i caracterització de tretze complexos de Pt(II) amb la finalitat d'estudiar llur activitat antitumoral. Aquests complexos presenten unes característiques estructurals comunes: geometria cis, dos lligands làbils de tipus clorur i un lligand diaminoquelatant derivat dels àcids d,l-2,3-diaminopropiònic (Hdap) i d,l-2,4-diaminobutíric (Hdab). S'han dissenyat unes estratègies sintètiques a partir de les quals els lligands han estat funcionalitzats amb diferents grups de tipus éster, aminoàcid i peptídic: Etdap·2HCl, Etdab·2HCl, [(dap-Metala)·2CF3COOH], [(dab-Metala)·2CF3COOH], [(dap-phe)·2CF3COOH], [(dab-phe)·2CF3COOH], [(dap-Mettrp)·2CF3COOH], [(dab-Mettrp)·2CF3COOH], [(dap-ASTTTNYT-NH2)·2CF3COOH], essent Metala= éster metílic de L-alanina, phe= L-fenilalanina, Mettrp= éster metílic del L-triptofà. Aquests lligands diaminoquelatants s'han utilitzat per sintetitzar els corresponents complexos de Pt(II): PtCl2(Hdap), PtCl2(Hdab), PtCl2(Etdap), PtCl2(Etdab), PtCl2(dap-Metala), PtCl2(dab-Metala), PtCl2(dap-ala), PtCl2(dab-ala), PtCl2(dap-phe), PtCl2(dab-phe), PtCl2(dap-Mettrp), PtCl2(dab-Mettrp), PtCl2(dap-ASTTTNYT-NH2). A través de diferents tècniques i assaigs biològics (dicroisme circular, electroforesi en gel d'agarosa, microscopia de forces atòmiques, citometria de flux, assaigs de proliferació cel·lular) s'ha pogut demostrar l'activitat antitumoral d'aquests compostos. A través de la tècnica de dicroisme circular (DC) s'ha pogut demostrar que els lligands lliures no interaccionen covalentment amb el DNA de Calf Thymus i no modifiquen l'estructura secundària de la doble hèlix. En canvi, els respectius complexos han demostrat tenir capacitat per interaccionar amb el DNA i modificar la seva estructura secundària. Els complexos PtCl2(Hdap), PtCl2(Hdab) i PtCl2(dab-phe) mostren un comportament similar al cisplatí, generant adductes cis-bifuncionals que distorcionen la doble hèlix de forma no desnaturalitzant amb obertura de la doble cadena. Els complexos PtCl2(Etdap), PtCl2(Etdab), PtCl2(dap-ala), PtCl2(dab-ala), PtCl2(dap-Metala), PtCl2(dab-Metala), PtCl2(dap-phe), PtCl2(dap-ASTTTNYT-NH2) quan interaccionen amb el DNA generen un canvi en la conformació del DNA de la forma B a la forma C, produint-se un augment de la curvatura de l'hèlix per rotació de les bases nitrogenades. En aquests estudis s'ha comprovat que l'estructura del complex influeix en l'efecte generat sobre l'estructura secundària de l'àcid nucleic. En primer lloc, existeix una diferència en el comportament en funció del tamany del lligand diaminoquelatant, de manera que els complexos amb el lligand (dab) provoquen un efecte més remarcable. També s'observa aquest canvi de comportament al passar dels complexos que tenen el grup funcional esterificat als que el tenen protonat. D'aquesta manera, s'observa un major efecte sobre l'estructura secundària del DNA en aquells complexos que tenen el lligand diaminoquelatant de tres metilens (dab) i amb el grup carboxilat terminal protonat. Per tal de modelitzar la interacció d'aquests complexos amb el DNA, s'ha estudiat la interacció d'aquests compostos de Pt(II) amb 5'-GMP a través de RMN-1H, observant la variació dels senyals corresponents al H8 de 5'-GMP. Així s'ha pogut demostrar que aquests compostos interaccionen amb la 5'-GMP a través d'un enllaç covalent Pt-N7, de la mateixa manera a com interacciona el cisplatí. A través d'electroforesi en gel d'agarosa i microscopia de forces atòmiques (AFM) s'ha pogut determinar l'efecte que generen els lligands lliures i els respectius complexos de Pt(II) sobre l'estructura terciària del plasmidi pBR322. Els lligands provoquen un augment de l'agregació de les molècules de DNA i un lleuger augment de la compactació de l'estructura terciària. Aquests resultats s'atribueixen a la capacitat d'aquests compostos a interaccionar per pont d'hidrogen amb el DNA. Els corresponents complexos de Pt(II) provoquen un augment de l'agregació i una important compactació, degut per una banda a la capacitat de l'àtom de Pt a interaccionar covalentment amb el DNA, i per altra banda, a la capacitat del lligand a interaccionar per pont d'hidrogen amb l'àcid nucleic. Finalment s'ha estudiat l'activitat citotòxica d'aquests complexos de Pt(II) en diferents línies cel·lulars: A431 (línia de carcinoma epidermoide), HeLa (línia de carcinoma de coll d'úter) i HL-60 (línia promielocítica de leucèmia). Els complexos moderadament solubles en aigua, PtCl2(Hdap), PtCl2(Hdab), PtCl2(dap-ala), PtCl2(dab-ala), PtCl2(dap-phe) i PtCl2(dab-phe), han demostrat ser actius. L'activitat depèn de la concentració de complex, del temps d'incubació i de la línia cel·lular. Per temps d'incubació alts i concentracions de complex elevades s'observa la màxima activitat. Els complexos de l'alanina, PtCl2(dap-ala) i PtCl2(dab-ala), són els que mostren més activitat, mentre que els compostos de la fenilalanina són els menys actius, degut probablement a la voluminositat del lligand, la qual pot impedir o dificultar el transport del compost a través de la membrana cel·lular. L'activitat citotòxica dels complexos insolubles en aigua, PtCl2(Etdap) i PtCl2(Etdab), queda bloquejada per l'elevada concentració de DMSO (12%) necessària per solubilitzar els compostos. Aquests resultats permeten deduir que la presència d'un 12% de DMSO anul·la l'activitat d'aquests complexos, ja que el DMSO pot coordinar-se amb el Pt ocupant les posicions làbils del complex i evitant que es pugui coordinar amb el DNA. Els assaigs de proliferació cel·lular del complex PtCl2(dap-ASTTTNYT-NH2) i del pèptid lliure ASTTTNYT-NH2 han demostrat que ambdós compostos són actius. Tot i això, l'activitat del complex és superior a la del pèptid lliure, ja que el Pt pot interaccionar covalentment amb el DNA i augmentar l'efecte citotòxic. Per tant, el complex presenta un lligand portador biològicament actiu que pot transportar el metall a través de la membrana cel·lular i facilitar així la seva interacció amb el DNA. A través de la tècnica de citometria de flux s'ha comprovat que en tots els casos la mort cel·lular produïda pels complexos ha estat per apoptosi. Per últim, s'ha sintetitzat i caracteritzat un complex trinuclear de Pt(II), {[Pt(Me2Bpy)2][PtCl2(Me2Bpy)]2}, essent Me2Bpy= 4,4'-dimetil-2,2'-dipiridil. La resolució de la seva estructura per difracció de Raig-X ha permès determinar l'existència d'una interacció intramolecular Pt-Pt de 3.474 Å.

Desenvolupament, implementació i aplicació de noves metodologies per a l'estudi de la reactivitat química i de les propietats òptiques no lineals

El coneixement de la superfície d'energia potencial (PES) ha estat essencial en el món de la química teòrica per tal de discutir tant la reactivitat química com l'estructura i l'espectroscòpia molecular. En el camp de la reactivitat química es hem proposat continuar amb el desenvolupament de nova metodologia dins el marc de la teoria del funcional de la densitat conceptual. En particular aquesta tesis es centrarà en els següents punts: a) El nombre i la naturalesa dels seus punts estacionaris del PES poden sofrir canvis radicals modificant el nivell de càlcul utilitzats, de tal manera que per estar segurs de la seva naturalesa cal anar a nivells de càlcul molt elevats. La duresa és una mesura de la resistència d'un sistema químic a canviar la seva configuració electrònica, i segons el principi de màxima duresa on hi hagi un mínim o un màxim d'energia trobarem un màxim o un mínim de duresa, respectivament. A l'escollir tot un conjunt de reaccions problemàtiques des del punt de vista de presència de punts estacionaris erronis, hem observat que els perfils de duresa són més independents de la base i del mètode utilitzats, a més a més sempre presenten el perfil correcte. b) Hem desenvolupat noves expressions basades en les integracions dels kernels de duresa per tal de determinar la duresa global d'una molècula de manera més precisa que la utilitzada habitualment que està basada en el càlcul numèric de la derivada segona de l'energia respecte al número d'electrons. c) Hem estudiat la validesa del principis de màxima duresa i de mínima polaritzabiliat en les vibracions asimètriques en sistemes aromàtics. Hem trobat que per aquests sistemes alguns modes vibracionals incompleixen aquests principis i hem analitzat la relació d'aquest l'incompliment amb l'efecte de l'acoblament pseudo-Jahn-Teller. A més a més, hem postulat tot un conjunt de regles molt senzilles que ens permetien deduir si una molècula compliria o no aquests principis sense la realització de cap càlcul previ. Tota aquesta informació ha estat essencial per poder determinar exactament quines són les causes del compliment o l'incompliment del MHP i MPP. d) Finalment, hem realitzat una expansió de l'energia funcional en termes del nombre d'electrons i de les coordenades normals dintre del conjunt canònic. En la comparació d'aquesta expansió amb l'expansió de l'energia del nombre d'electrons i del potencial extern hem pogut recuperar d'una altra forma diferent tot un conjunt de relacions ja conegudes entre alguns coneguts descriptors de reactivitat del funcional de la densitat i en poden establir tot un conjunt de noves relacions i de nous descriptors. Dins del marc de les propietats moleculars es proposa generalitzar i millorar la metodologia pel càlcul de la contribució vibracional (Pvib) a les propietats òptiques no lineals (NLO). Tot i que la Pvib no s'ha tingut en compte en la majoria dels estudis teòrics publicats de les propietats NLO, recentment s'ha comprovat que la Pvib de diversos polímers orgànics amb altes propietats òptiques no lineals és fins i tot més gran que la contribució electrònica. Per tant, tenir en compte la Pvib és essencial en el disseny dels nous materials òptics no lineals utilitzats en el camp de la informàtica, les telecomunicacions i la tecnologia làser. Les principals línies d'aquesta tesis sobre aquest tema són: a) Hem calculat per primera vegada els termes d'alt ordre de Pvib de diversos polímers orgànics amb l'objectiu d'avaluar la seva importància i la convergència de les sèries de Taylor que defineixen aquestes contribucions vibracionals. b) Hem avaluat les contribucions electròniques i vibracionals per una sèrie de molècules orgàniques representatives utilitzant diferents metodologies, per tal de poder de determinar quina és la manera més senzilla per poder calcular les propietats NLO amb una precisió semiquantitativa.

Contribución al estudio de la extracción química del Fe3+ contaminante de la madera arqueológica subacuática impregnada con polietilenglicol

Due to the large quantity of contamination by Fe in the waterlogged wood and the composites previously processed with poliethilenglycol, PEG , we have thought the possible extraction and formation of complexes Fe-L (L= 2-Phosphonobuta-1,2,4- tricarboxylic acid, (PBTC)) and their effect on (i) structure of the wood, (ii) structure and physiques characteristics of PEG and (iii) post-treatment contamination by Fe coming from atmospheric agents. This work is a project for to study the formation of these complexes and possible modifications in structures.

Influência de substâncias bioativas na estabilidade fisico-química e funcional de emulsões fotoprotetoras

Autilização de filtros ultravioletas isolados em formulações fotoprotetoras, origina produtos com proteção limitada contra as radiações solares, o que evidencia a necessidade de associar compostos bioativos. Estudos anteriores demonstraram que a rutina, um composto bioativo, interage sinergicamente com filtros solares incorporados em preparações fotoprotetoras. Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da rutina sobre a estabilidade físico-química e funcional de emulsões fotoprotetoras. 16 formulações foram desenvolvidas, submetidas ao teste de estabilidade preliminar e caracterizadas de acordo com o pH, perfil reológico e eficácia fotoprotetora in vitro . A formulação com o melhor desempenho e a formulação correspondente, sem rutina, foram submetidos ao teste de estabilidade normal. Todas as formulações apresentaram valores de pH compatível com a pele e comportamento reológico semelhante. A formulação F16 e a mesma formulação, sem rutina, foram submetidas ao teste de estabilidade normal e apresentaram valores de pH semelhantes e perfis reológicos que foram mantidos ao longo dos dias de análise. Aatividade antirradicalar foi estável apenas para formulações armazenadas a 5,0 ± 0,5°C. A eficácia fotoprotetora demonstrou resultados semelhantes entre ambas as formulações, que também foi observado em todos os dias de análise. Em conclusão, rutina não influenciou a fotoestabilidade da formulação sob as condições adotadas.

A supervisão pedagógica e o trabalho colaborativo na promoção do desenvolvimento profissional dos professores do grupo de Física e Química

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 é que a Supervisão Pedagógica (e o trabalho colaborativo a ela associado) poderá contribuir para a melhoria da reflexão conjunta entre os professores do Grupo Disciplinar de Física e Química, promovendo o seu desenvolvimento Profissional? 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 a este trabalho: a reflexão interpares na promoção do desenvolvimento profissional dos professores, a Supervisão pedagógica e a importância da formação docente e do trabalho colaborativo na qualidade educativa. Como o objetivo geral do trabalho de projeto é conceber um Projeto de Intervenção de Supervisão Pedagógica no Grupo Disciplinar de Física e Química, visando a melhoria do trabalho colaborativo, a promoção das atitudes reflexivas e investigativas dos docentes e o seu desenvolvimento profissional, a terceira parte foi estruturada com base nos princípios subjacentes à metodologia de projeto. Recolhemos opiniões através de Inquéritos por Questionário, realizados a todos os professores do grupo, e através de Entrevistas, realizadas apenas às professoras Coordenadora e Subcoordenadora do Departamento de Matemática e das Ciências Experimentais, da Escola Secundária Rosa. O Projeto de Intervenção de Supervisão Pedagógica deverá ser implementado e desenvolvido no Grupo Disciplinar de Física e Química da escola referida e com ele pretendemos aprofundar as práticas supervisivas e colaborativas entre os docentes, através da realização de Ciclos completos de Supervisão Pedagógica, de acordo com as fases preconizadas por Goldhammer.

O ensino-aprendizagem da física e da química: manuais escolares versus recursos digitais

Nesta dissertação investigamos o uso do manual escolar na sala de aula, em consonância com as mudanças das práticas pedagógicas resultantes da existência de novos recursos digitais agregados ao manual escolar, tais como o e-manual, os CD-ROM e DVDs e, as plataformas educacionais na Internet, em particular, a Escola Virtual, da Porto Editora. O leitmotiv da realização desta investigação é avaliar a utilização destes recursos, quer nas práticas pedagógicas inovadoras por parte dos docentes, quer na contribuição para melhorar a aprendizagem dos alunos. No sentido de melhor compreender e analisar o impacto da integração dos recursos digitais no ensino-aprendizagem, escolhemos os recursos da Porto Editora, visto tratar-se de um estudo de caso centrado numa escola que adotou estes recursos. A partir de um enquadramento metodológico que procura ultrapassar as dicotomias entre as abordagens quantitativas e as abordagens qualitativas, centramos o nosso estudo numa unidade didática, Astronomia, lecionada no 7º ano de escolaridade, na disciplina de Ciências Físico-Químicas. Com base num modelo heurístico, os dados recolhidos através de questionários a professores e alunos numa escola onde a investigadora estagiou, referente a este conteúdo, indicam que a utilização dos referidos recursos digitais no ensino-aprendizagem, fomentou a motivação para a realização de atividades propostas, facilitou a compreensão e a aprendizagem de conceitos e motivou os alunos para o estudo na disciplina de Ciências Físico-Químicas. Não podemos deixar de enfatizar a exploração do manual interativo, como um elemento extremamente inovador, e simultaneamente potenciador da disseminação de conhecimentos em espaços não convencionais de ensino, pela possibilidade de autoaprendizagem, respeitando as particularidades dos alunos. No entendimento de uma postura de abertura e de investigação permanente e, conscientes de que o ensino-aprendizagem engloba inúmeros fatores, apontamos alguns trajetos investigativos possíveis que poderão, eventualmente, despontar, a partir deste estudo. 

Avaliação da estabilidade fisico-química da solução de hipoclorito de sódio a 0,5% utilizada pela FarmaUSCS, e de sua eficácia bactericida sobre Staphylococcus aureus e Escherichia coli

A FarmaUSCS é um projeto de extensão do curso de Farmácia da Universidade Municipal de São Caetano do Sul, que tem por finalidade manipular e dispensar medicamentos para a comunidade, além de servir de campo de estágio e de desenvolvimento de projetos de pesquisa. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a estabilidade físico-química da solução aquosa de hipoclorito de sódio a 0,5%, utilizada para a desinfecção de ambientes produtivos na FarmaUSCS, bem como sua eficácia como agente bactericida sobre Staphylococcus aureus e Escherichia coli. Para a estabilidade físico-química, amostras da solução foram submetidas a diferentes condições ambientais e determinado o teor de hipoclorito por iodometria. A eficácia do desinfetante foi realizada pela técnica da diluição em tubos. Em nenhuma das condições ambientais testadas, houve degradação do teor de hipoclorito de sódio. A solução aquosa de hipoclorito de sódio a 0,5% foi eficaz diante de S. aureus e E. coli, já a partir do tempo mínimo testado de 2,5 minutos de exposição.

Formulação analítica para solução do problema de ordenada discreta unidimensional

Nete trabalho é apresentada uma solução analílica para o problema de ordenada discreta unidimensional e multigrupo de transporle de neutrons em simetria planar. A idéia básica da formulação proposta consiste na aplicação da transformada de Laplace na equação de ordenada discreta. Para a solução do sistema linear resultante, uma solução explícila para a matriz lnversa é estabelecida. Dessa forma, o fluxo angular é obtido, por inversão analítica, em termos do fluxo angular em x=O. Essa formulação é aplicada a problemas de domínio finito e semi-infinito. No primeiro caso, os valores de fluxo angular desconhecidos na fronteira em x=O, são determinados a partir dos valores conhecidos do fluxo angular em x=a; no segundo caso é usada a condição de que o fluxo angular é limilado no infinito. Foram tratados problemas homogêneos e heterogêneos para a placa plana com um grupo de neutrons e multigrupo.O problema inverso, que consiste na determinação do fluxo incidente na fronteira a partir de valores do fluxo escalar no interior do domínio, também foi resolvido. Os resullados obtidos para os problemas acima descritos, apresentaram uma boa comparação com os resultados disponíveis na literatura.