Erratum: "The aromatic fluctuation index (FLU): a new aromaticity index based on electron delocalization" [J. Chem Phys. 122, 014109 (2005)]

An erratum to the article "The aromatic fluctuation index (FLU): a new aromaticity index based on electron delocalization", published in The Journal Chemistry of Physics, 2005, v.122, art. no.014109. Values FLU have been corrected in the last column of Table I because they were not correct

The aromatic fluctuation index (FLU): a new aromaticity index based on electron delocalization

In this work, the aromatic fluctuation index (FLU) that describes the fluctuation of electronic charge between adjacent atoms in a given ring is introduced as a new aromaticity measure. This new electronic criterion of aromaticity is based on the fact that aromaticity is related to the cyclic delocalized circulation of π electrons. It is defined not only considering the amount of electron sharing between contiguous atoms, which should be substantial in aromatic molecules, but also taking into account the similarity of electron sharing between adjacent atoms. For a series of rings in 15 planar polycyclic aromatic hydrocarbons, we have found that, in general, FLU is strongly correlated with other widely used indicators of local aromaticity, such as the harmonic-oscillator model of aromaticity, the nucleus independent chemical shift, and the para-delocalization index (PDI). In contrast to PDI, the FLU index can be applied to study the aromaticity of rings with any number of members and it can be used to analyze both the local and global aromatic character of rings and molecules

Rhodium(I) catalyzed [2+2+2] cycloaddition reactions: experimental and theoretical studies

The [2+2+2] cycloaddition reaction involves the formation of three carbon-carbon bonds in one single step using alkynes, alkenes, nitriles, carbonyls and other unsaturated reagents as reactants. This is one of the most elegant methods for the construction of polycyclic aromatic compounds and heteroaromatic, which have important academic and industrial uses. The thesis is divided into ten chapters including six related publications. The first study based on the Wilkinson’s catalyst, RhCl(PPh3)3, compares the reaction mechanism of the [2+2+2] cycloaddition process of acetylene with the cycloaddition obtained for the model of the complex, RhCl(PH3)3. In an attempt to reduce computational costs in DFT studies, this research project aimed to substitute PPh3 ligands for PH3, despite the electronic and steric effects produced by PPh3 ligands being significantly different to those created by PH3 ones. In this first study, detailed theoretical calculations were performed to determine the reaction mechanism of the two complexes. Despite some differences being detected, it was found that modelling PPh3 by PH3 in the catalyst helps to reduce the computational cost significantly while at the same time providing qualitatively acceptable results. Taking into account the results obtained in this earlier study, the model of the Wilkinson’s catalyst, RhCl(PH3)3, was applied to study different [2+2+2] cycloaddition reactions with unsaturated systems conducted in the laboratory. Our research group found that in the case of totally closed systems, specifically 15- and 25-membered azamacrocycles can afford benzenic compounds, except in the case of 20-membered azamacrocycle (20-MAA) which was inactive with the Wilkinson’s catalyst. In this study, theoretical calculations allowed to determine the origin of the different reactivity of the 20-MAA, where it was found that the activation barrier of the oxidative addition of two alkynes is higher than those obtained for the 15- and 25-membered macrocycles. This barrier was attributed primarily to the interaction energy, which corresponds to the energy that is released when the two deformed reagents interact in the transition state. The main factor that helped to provide an explanation to the different reactivity observed was that the 20-MAA had a more stable and delocalized HOMO orbital in the oxidative addition step. Moreover, we observed that the formation of a strained ten-membered ring during the cycloaddition of 20-MAA presents significant steric hindrance. Furthermore, in Chapter 5, an electrochemical study is presented in collaboration with Prof. Anny Jutand from Paris. This work allowed studying the main steps of the catalytic cycle of the [2+2+2] cycloaddition reaction between diynes with a monoalkyne. First kinetic data were obtained of the [2+2+2] cycloaddition process catalyzed by the Wilkinson’s catalyst, where it was observed that the rate-determining step of the reaction can change depending on the structure of the starting reagents. In the case of the [2+2+2] cycloaddition reaction involving two alkynes and one alkene in the same molecule (enediynes), it is well known that the oxidative coupling may occur between two alkynes giving the corresponding metallacyclopentadiene, or between one alkyne and the alkene affording the metallacyclopentene complex. Wilkinson’s model was used in DFT calculations to analyze the different factors that may influence in the reaction mechanism. Here it was observed that the cyclic enediynes always prefer the oxidative coupling between two alkynes moieties, while the acyclic cases have different preferences depending on the linker and the substituents used in the alkynes. Moreover, the Wilkinson’s model was used to explain the experimental results achieved in Chapter 7 where the [2+2+2] cycloaddition reaction of enediynes is studied varying the position of the double bond in the starting reagent. It was observed that enediynes type yne-ene-yne preferred the standard [2+2+2] cycloaddition reaction, while enediynes type yne-yne-ene suffered β-hydride elimination followed a reductive elimination of Wilkinson’s catalyst giving cyclohexadiene compounds, which are isomers from those that would be obtained through standard [2+2+2] cycloaddition reactions. Finally, the last chapter of this thesis is based on the use of DFT calculations to determine the reaction mechanism when the macrocycles are treated with transition metals that are inactive to the [2+2+2] cycloaddition reaction, but which are thermally active leading to new polycyclic compounds. Thus, a domino process was described combining an ene reaction and a Diels-Alder cycloaddition.

Analisi de compostos orgànics persistents i estudi de la procedència d'hidrocarburs en sediments del mar Mediterrani català

Els sediments del fons marí són molt importants en els ecosistemes aquàtics. Aquests sediments són considerats absorbents naturals, ja que s’hi acumulen moltes substàncies nocives, com ara metalls pesants i contaminants orgànics persistents (COPs). En aquest estudi s’han analitzat mostres de sediments del mar Mediterrani amb la finalitat d’examinar els COPs i la possible procedència d’hidrocarburs derivats del petroli. Les mostres han estat extretes davant de la desembocadura del riu Besòs (se n’ha fet una extracció a 8 km i una altra a 54 km de distància respecte la costa) i davant del municipi català anomenat Vilanova i la Geltrú (se n’ha fet, també, una extracció a 8-10 km i una altra a 30-40 km de distància respecte la costa). D’aquestes mostres, obtingudes per perforació, se n’han analitzat el primer i segon centímetres. S’han quantificat els hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), els bifenils policlorats (PCBs) i els compostos organoclorats (OCPs) utilitzats antigament com a pesticides. S’ha posat de manifest que en les zones més properes a la costa, les concertacions COPs són més elevades a la regió més meridional, tot i estar davant de la desembocadura del riu Besòs. Segurament això és degut a la influència de la deriva litoral (corrent costaner marí en direcció NE-SW). Finalment, l’índex Phytane/Pristane, l’índex de preferència de carboni o, en anglès Carbon Preference Index (CPI) i la barreja complexa sense resoldre o, en anglès, Unresolved Complex Mixture (UCM) apunten a la conclusió que l’origen dels hidrocarburs analitzats (n-alcans) podria ser petrogènic.

Determinació d'hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs) en mostres de sòls per cromatografia de gasos acoblada a l'espectrometria de masses (GC/MS)

La importància dels Hidrocarburs Aromàtics Policíclics (PAHs) com a contaminants ha estat sempre en debat. Des del moment en què no compleixen els requeriments de persistència, toxicitat i transport a llargues distàncies, no es consideren contaminants orgànics persistents (POPs). En conseqüència, no es troben inclosos dins la llista dels dirty dozen de la Convenció d’Estocolm sobre POPs. A més, ja que el seu alliberament no és intencionat, algunes veus han plantejat la possibilitat d’eliminar o reduir la quantitat d’aquests compostos a l’atmosfera i que arriben també, per deposició, al sòl, sediments, aigües, etc. Tanmateix, segons el Protocol firmat pel Comitè Estats Units-Europa (UNECE), els PAHs haurien d’haver estat inclosos a aquesta llista ja que són productes químics les emissions dels quals haurien de ser minimitzades o previngudes. És per això i l’interès pel medi ambient que dins el projecte Estudi de la influència de contaminants orgànics (BTEX i PAHs) en la mobilitat de metalls pesants en sòls, al qual es vol entendre quin és el mecanisme de transport dels metalls pesants en presència d’aquests contaminants, enfocat sobretot als marges de les carreteres per la combustió de gasolines i l’exhaust dels vehicles, que es justifica aquest treball de recerca. Aquest treball de recerca es basa en la posta a punt d’un mètode d’anàlisi de PAHs mitjançant la Cromatografia de Gasos acoblada a l’Espectrometria de Masses (GC/MS). Cadascun dels mètodes seguits estan reportats a la Environmental Protection Agency dels Estats Units (US EPA), però tot i així cal fer la optimització, realitzant o no, lleus modificacions d’aquests per ajustar-nos a les nostres necessitats específiques. En aquest treball de recerca s’exposen els diferents passos a realitzar un cop feta la presa de mostra fins l’expressió final dels resultats un cop identificats i quantificats els PAHs d’interès presents en una matriu de sòl. Això comprèn la seva extracció inicial mitjançant el Soxhlet, un cleanup posterior a partir tant de l’extracció en fase sòlida (SPE) amb una fase C18 com la cromatografia en columna utilitzant gel de sílice com a adsorbent. Finalment, s’han determinat els paràmetres influents en la separació, identificació i quantificació dels PAHs amb relació a la cromatografia de gasos i la seva detecció per espectrometria de masses.

Experimentação em química de compostos organometálicos: preparação do cloreto de dicarbonilciclopentadienilferro(II)

In this work, we describe a new method for obtaining [Fe(CO)2[(eta5-C5H5)Cl] employing simple techniques and low-cost reagents. It is worth mentioning that this method is faster than others reported in the literature. It was applied in laboratory classes for undergraduate students, exploring different concepts in organometallic chemistry and discussing the steps involved in the synthetic route.

Determinação do perfil de compostos voláteis e avaliação do sabor e aroma de bebidas produzidas a partir da erva-mate (Ilex paraguariensis)

Volatile compounds from green and roasted yerba mate were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry and the flavor profile from yerba mate beverages was determined by descriptive quantitative analyses. The main compounds tentatively identified in green mate were linalool, alpha-terpineol and trans-linalool oxide and in roasted mate were (E,Z)-2,4-heptadienal isomers and 5-methylfurfural. Green mate infusion was qualified as having bitter taste and aroma as well as green grass aroma while roasted mate was defined as having a smooth, slightly burnt aroma. The relationship between the tentatively identified compounds and flavor must be determined by olfatometric analysis.

Carotenóides: propriedades, aplicações e biotransformação para formação de compostos de aroma

Carotenoids are widely distributed in nature, providing yellow, orange or red color in a great number of vegetables, microorganisms and in some animals. Carotenoids act as biological antioxidants and seem to play an important role in human health by protecting cells and tissues from the damaging effects of free radicals and singlet oxygen. Several authors describe the oxidative cleavage of carotenoids in flavor compounds as occuring through chemical or photochemical degradations or through biotechnological processes. Biotransformation of carotenoids seems to be a reasonable alternative to produce flavor compounds since these compounds are considered 'natural' ingredients. In this work we describe the properties of some carotenoids, as well as biotechnological approaches to obtain its oxyfunctionalized derivatives.

Propriedades elétricas e magnéticas de novos compostos com o ânion condutor [Ni(dmit)2]- e radicais magnéticos nitronil nitróxido

Three compounds have been synthesized with formulae [3-MeRad][Ni(dmit)2] (1), [4-MeRad][Ni(dmit)2] (2) and [4-PrRad][Ni(dmit)2] (3) where [Ni(dmit)2]- is an anionic pi-radical (dmit = 1,3-dithiol-2-thione-4,5-dithiolate) and [3-MeRad]+ is 3-N-methylpyridinium alpha-nitronyl nitroxide, [4-MeRad]+ is 4-N-methylpyridinium alpha-nitronyl nitroxide and [4-PrRad]+ is 4-N-propylpyridinium alpha-nitronyl nitroxide. The temperature-dependent magnetic susceptibility of 1 revealed that an antiferromagnetic interaction operates between the 3-MeRad+ radical cations with exchange coupling constants of J1 = - 1.72 cm-1 and antiferromagnetism assigned to the spin ladder chains of the Ni(dmit)2 radical anions. Compound 1 exhibits semiconducting behavior and 3 presents capacitor behavior in the temperature range studied (4 - 300 K).

O estado da arte da cromatografia associada à espectrometria de massas acoplada à espectrometria de massas na análise de compostos tóxicos em alimentos

Chromatography combined with several different detection systems is one of the more used and better performing analytical tools. Chromatography with tandem mass spectrometric detection gives highly selective and sensitive analyses and permits obtaining structural information about the analites and about their molar masses. Due to these characteristics, this analytical technique is very efficient when used to detect substances at trace levels in complex matrices. In this paper we review instrumental and technical aspects of chromatography-tandem mass spectrometry and the state of the art of the technique as it is applied to analysis of toxic substances in food.

Inclusão da epistasia em modelo de avaliação genética de bovinos de corte compostos

Dados de bovinos compostos foram analisados para avaliar o efeito da epistasia nos modelos de avaliação genética. As características analisadas foram os pesos aos 205 (P205) e 390 dias (P390) e perímetro escrotal aos 390 dias (PE390). As análises foram realizadas pela metodologia de máxima verossimilhança considerando-se dois modelos: o modelo 1 incluiu como covariáveis os efeitos aditivos diretos e maternos, e os não aditivos das heterozigoses para os efeitos diretos e para o materno total, e o modelo 2 considerou também o efeito direto de epistasia. Para comparação dos modelos, foram utilizados o critério de informação de Akaike (AIC) e o critério de informação Bayesiano de Schwartz (BIC), e o teste de razão de verossimilhança. A inclusão da epistasia no modelo de avaliação genética pouco alterou as estimativas de componentes de (co)variâncias genéticas aditivas e, consequentemente, as herdabilidades. O teste de verossimilhança e o critério de Akaike sugeriram que o modelo 2, que inclui a epistasia, apresentou maior aderência aos dados para todas as características analisadas. O critério BIC indicou este modelo como o melhor apenas para P205. Para análise genética dessa população, o modelo que considerou o efeito de epistasia foi o mais adequado.

Influência de diferentes sistemas de solvente água-etanol sobre as propriedades físico-químicas e espectroscópicas dos compostos macrocíclicos feofitina e clorofila α

This work focus on the influence of solvent on the photophysical properties of chlorophyll α and pheophytin. Both compounds are related to the photosynthesis process and are considered prototypes of photosensitizers in Photodynamic Therapy. Fluorescence measurements were developed using water/ethanol mixtures at different compositions, since both solvents could be employed in biological applications. The spectroscopic properties of these compounds undergo profound changes depending on water content in the ethanol due to auto-aggregation processes. The major hydrophobicity and the lower dielectric constant of ethanol when compared with water precluded significantly the auto-aggregation process of these compounds.

Mecanismos de ação de compostos bioativos dos alimentos no contexto de processos inflamatórios relacionados à obesidade

É indiscutível o papel da dieta e dos alimentos na manutenção da saúde e na redução do risco de DCNT. Estudos epidemiológicos mostram que o aumento do consumo de alimentos de origem vegetal influencia positivamente a saúde, enquanto estudos in vitro e in vivo em modelo animal elucidam os mecanismos pelos quais compostos bioativos não nutrientes, presentes nos alimentos, atuam na manutenção da saúde e na redução do risco de doenças. A modulação da expressão de genes que codificam proteínas envolvidas em vias de sinalização celular ativadas em DCNT é um dos mecanismos de ação dos compostos bioativos, sugerindo que estes possam ser essenciais à manutenção da saúde. A biodisponibilidade dos compostos bioativos de alimentos, as suas rotas metabólicas e o modo de ação de seus metabólitos são importantes fatores no seu efeito nas DCNT. Todos esses aspectos são temas de investigações recentes, cujos resultados contribuem para a compreensão da ocorrência e desenvolvimento das DCNT e da sua relação com a dieta. Essa revisão visou discutir alguns dos mecanismos envolvidos na resposta inflamatória induzida pela obesidade, apresentar os compostos bioativos de alimentos que modulam essa resposta inflamatória e sua relação com o metabolismo desses compostos.

Biodisponibilidade de ferro em diferentes compostos para leitões desmamados aos 21 dias de idade

Avaliou-se a biodisponibilidade de ferro de diferentes compostos visando sua utilização em dietas para leitões desmamados. Utilizaram-se 44 leitões (7 não-anêmicos e 37 anêmicos) desmamados aos 21 dias de idade (7,3 ± 1,8 kg) e distribuídos em dois grupos: grupo não-anêmico e grupo anêmico. Durante sete dias, os animais do grupo não-anêmico receberam dieta com FeSO4.7H2O (sulfato ferroso hepta-hidratado) na dose de 100 mg/kg e os do grupo anêmico, dieta sem ferro (<15 mg/kg ração). No sétimo dia, depois de determinada a concentração de hemoglobina sanguínea e diagnosticada a anemia, os leitões foram agrupados segundo o produto do peso (kg) × hemoglobina (g/dL) e alojados individualmente, durante 13 dias, em gaiolas para estudos de digestibilidade, onde foram alimentados com seis rações à base de milho e leite em pó: três rações-padrão com FeSO4.7H2O em quantidade equivalente a 80, 150 e 200 mg Fe/kg de ração; duas rações experimentais com ferro (150 mg/kg) na forma de FeSO4 microencapsulado com carboximetilcelulose ou de ferro quelado com metionina; e uma controle com ferro (100 mg/kg). O consumo de ração foi medido diariamente. Nos dias 0, 3, 6, 9 e 13 do período de repleção, os animais foram pesados para avaliação do desempenho e o sangue foi coletado para determinação da concentração de hemoglobina. Ao final do ensaio, os animais foram sacrificados e o fígado foi coletado para determinação das concentrações de ferro total, ferro heme e ferro não-heme. As concentrações hepáticas de ferro heme, ferro não-heme e ferro total não diferiram entre os animais, entretanto, os do grupo controle apresentaram excesso de ferro total no fígado, relacionado à dose de ferro injetada nos leitões após o desmame. Em comparação ao FeSO4.7H2O não encapsulado, os compostos de ferro microencapsulado com carboximetilcelulose e de ferro quelado com metionina promovem melhor conversão alimentar em leitões desmamados.

Uso de compostos orgânicos no plantio do cafeeiro conilon

O cafeeiro conilon (Coffea canephora, Pierre ex Froenhner) apresenta elevado potencial produtivo e alta exigência nutricional. Entretanto, devido ao aumento nos custos dos fertilizantes minerais, o fornecimento das quantidades recomendadas de nutrientes vem se tornando limitante para os produtores rurais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização de compostos orgânicos no plantio do cafeeiro conilon, com o intuito de substituir as adubações de cobertura com N e K recomendadas na fase de pós-plantio. O experimento foi realizado em casa-de-vegetação, em Linhares-ES, sob delineamento experimental inteiramente casualizado, em esquema fatorial (2x5), com cinco repetições. Foram avaliadas cinco doses de dois compostos orgânicos misturados ao solo. Cada parcela experimental foi constituída por um vaso de 12,8 L, que recebeu uma planta. Os compostos constituíram-se da mistura de esterco bovino curtido e capim-elefante (C1), e de cama-de-frango e capim-elefante (C2); ambos na proporção 1:4. As doses utilizadas foram 0; 0,853; 1,706; 2,559 e 3,412 kg/vaso do C1; e 0; 0,758; 1,516; 2,274 e 3,032 kg/vaso do C2. Tanto o tipo do composto orgânico como as doses aplicadas interferiram no crescimento e nos teores foliares de macronutrientes. As doses que proporcionaram os maiores acúmulos de matéria seca total foram de 1,623 kg/vaso (≈ 8,115 kg/cova de 64 L) do C1 e 1,733 kg/vaso (≈ 8,665 kg/cova de 64 L) do C2. Nessas doses, os teores foliares de N e K estiveram acima da faixa de suficiência. Concluiu-se que os compostos orgânicos podem substituir ou reduzir as adubações de cobertura com N e K na fase de pós-plantio do cafeeiro conilon.