Les motifs polyènes constituent une fonction importante parmi les composés organiques et sont présents dans de nombreux composés naturels sous la forme de diènes 1,3-conjugués. Il est donc essentiel de mettre au point des méthodes permettant d’accéder à ces diènes tout en portant un regard attentif à l’impact environnemental. Au cours de ces travaux, nous avons pu synthétiser un composé naturel ayant une incidence sur le diabète de type II : l’acide abscissique. L’étape clef conduisant au succès de cette synthèse est la réaction de Heck. A partir de ces résultats, nous avons mis au point une méthode robuste et efficace pour obtenir divers composés diéniques (E,Z) et triéniques (E,E,Z) en s’affranchissant d’utiliser des ligands ou un solvant. Les composés ainsi obtenus sont envisagés comme potentiels analogues de l’acide abscissique et sont engagés dans diverses réactions afin d’essayer d’obtenir l’acide carboxylique correspondant ou un bioisostère de ce dernier. En parallèle, nous avons mis au point une voie d’accès à des composés de type benzo[d]thiazole substitués en position 2 par un groupement N-aryle ou N-alkyle. Cette méthodologie de synthèse s’inscrit dans un contexte d’écocompatibilité par l’utilisation d’une catalyse au diiode. / Polyene units constitute an important function from organic compounds and are present in many natural products in the form of 1,3-conjugated dienes. It is therefore essential to develop methods to access these dienes while wearing a careful look at the environmental impact. During this work, we were able to synthesize a natural compound which has activity on type II diabetes: the abscisic acid. The key step leading to the success of this synthesis is the Heck reaction. From these results, we have developed a robust and efficient method to obtain various diene compounds (E, Z) and trienes (E, E, Z) without ligand or solvent. The compounds thus obtained are considered as potential analogues of the abscisic acid and are involved in various reactions in order to obtain the corresponding carboxylic acid or its bioisostere. In parallel with this synthesis application, we have developed a pathway to obtain benzo[d]thiazole compounds substituted in position 2 with an N-aryl or N-alkyl. This synthetic methodology is part of a context of environmental compatibility by using iodine catalyst.

Orientador: Prof. Dr. Wagner Alves Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2017. / Foram preparados e caracterizados carvões ácidos para aplicação como catalisadores em reações com diferentes condições reacionais, sendo o principal objetivo do trabalho, utilizar os carvões preparados como catalisadores na acetalização e eterificação do glicerol e desidratação de frutose com as condições mais brandas possíveis. Os carvões foram preparados por meio da carbonização e sulfonação in situ, utilizando glicerina (subproduto da produção de biodiesel) e glicerol como precursores, em presença de ácido sulfúrico em diferentes proporções (mprecursor:mácido) com aquecimento a 180°C por diferentes tempos. Pela caracterização dos materiais, verificou-se que o enxofre incorporado ao precursor utilizado se apresenta tanto na estrutura interna, quanto na superfície dos materiais por meio de grupos sulfurados promovendo as características ácidas juntamente com outros grupos funcionais, como ácidos carboxílicos e grupos fenólicos. A atividade catalítica dos carvões foi avaliada, obtendo-se elevado rendimento tanto para os produtos da acetalização do glicerol a temperatura ambiente quanto para os produtos da eterificação do glicerol a 120°C. Na reação de desidratação de frutose a conversão foi elevada, alcançando 69% em 2 h de reação com 71% de seletividade para o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) utilizando dimetilsulfóxido (DMSO) como solvente. Já utilizando N,N-dimetilformamida (DMF) foi obtido 22% de conversão de frutose com 40% de seletividade para o 5-HMF em 2 h de reação. Os carvões apresentaram grupos funcionais superficiais estáveis, não ocorrendo lixiviação no meio reacional, porém, foi observada a desativação dos mesmos na desidratação de frutose em DMF. O uso de DMSO como solvente permitiu a reutilização do carvão em três reações consecutivas de desidratação da frutose. Ainda, por meio dos resultados obtidos nas caracterizações e avaliações de atividade catalítica, verificou-se que não há diferenças significativas entre os carvões preparados com os diferentes precursores utilizados, obtendo-se valores de conversão de frutose e seletividade para o 5-HMF em aproximadamente 70% para todos os carvões, com variações dependendo da densidade de grupos ácidos totais presentes na superfície do catalisador. Desta forma, o uso da glicerina proveniente da produção de biodiesel como precursor para a preparação de carvões com propriedades ácidas é viável, agregando valor a este subproduto. / Acidic carbons were prepared and characterized for utilization as catalysts in acetalization and etherification of glycerol and dehydration of fructose under conditions as mild as possible. The carbons were prepared by carbonization and sulfonation in situ, using glycerin (by-product from biodiesel production) and glycerol as precursors, with sulfuric acid in different weight ratios with heating at 180°C for different times. Characterization of materials showed that the sulfur incorporated into the precursor is presented both in the internal structure and on the surface of the materials by means of sulfurized groups promoting acidic characteristics together with other functional groups, such as carboxylic acids and phenolic groups. The catalytic activity was evaluated obtaining high yield both for the products of acetalization of glycerol at room temperature and etherification of glycerol at 120°C. In fructose dehydration, conversion as high as 69% was obtained in 2 h of reaction with 71% selectivity for 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) using dimethyl sulfoxide (DMSO) as solvent. While using N,N-dimethylformamide (DMF) 22% fructose conversion was obtained with 40% selectivity for 5-HMF in 2 h of reaction. The carbons showed stable surface functional groups, since leaching does not occur in the reaction medium, however, deactivation of surface functional groups was observed in the dehydration of fructose using DMF. The use of DMSO as solvent allowed the reuse of the carbon for three consecutive fructose dehydration reactions. Also, the results obtained from characterization of the carbons and the evaluation of catalytic activity showed that there are no significant differences between the carbons prepared from different precursors, obtaining about 70% fructose conversion and selectivity for 5-HMF using any carbon prepared, with variations depending on the density of total acid groups present on the catalyst surface. Therefore, the use of glycerin, a by-product from biodiesel production, as precursor for the preparation of carbons with acidic properties is feasible, adding value to this by-product.

Les résines phénoliques, sont entre autres utilisées dans l’industrie du bois pour la fabrication de panneaux de particules ou de contreplaqués, après des étapes d'encollage, d'imprégnation et/ou de pressage à chaud. Elles sont principalement obtenues par polymérisation par étapes (polycondensation) à partir de formaldéhyde et de phénol. Ces deux matières premières de base sont actuellement des produits issus de la pétrochimie.Ce travail de thèse Cifre, en partenariat avec la société Rolkem, spécialisée dans la conception et la fabrication de résines phénoliques de type résol, a pour objectif la réduction de l’utilisation de matières pétrochimiques via la substitution du phénol par une bioressource telle que la lignine. Cette dernière a une structure phénolique et une similarité structurelle avec le réseau des résines phénoliques, elle est abondante dans la nature et disponible. Pour atteindre l’industrialisation de ces nouvelles résines biosourcées, une étude sur la compréhension des mécanismes réactionnels qui gouvernent le procédé a été menée avant d’optimiser le protocole permettant l’incorporation de la lignine dans les résines.Il a été possible de remplacer jusqu’à 50%m du phénol par de la lignine organosolve et de réduire la concentration initiale en formaldéhyde. En utilisant une lignine Kraft il a été possible de remplacer jusqu’à 75%m du phénol et de réduire jusqu’à 30%m du formaldéhyde utilisé, par rapport aux résines classiques de référence, tout en respectant le cahier des charges imposé par Rolkem. Ces résultats ont été possibles grâce à des suivis cinétiques des procédés et des études de réactivité de la lignine. Grâce à ces travaux de thèse, le transfert d’échelle des résines biosourcées du laboratoire au pilote industriel a été possible, tout en respectant les contraintes industrielles telles que la productivité, la qualité, la sécurité et l’environnement. De plus, les essais industriels de collage de contreplaqués réalisés sont conformes aux prérequis.En complément des objectifs fixés par le projet, et de manière plus académique, la réactivité de la lignine vis-à-vis du formaldéhyde a été étudiée en chauffage conventionnel et sous irradiation microonde. Cette étude complémentaire permet de corréler la réactivité lignine-formaldéhyde et mode de chauffage et d’atteindre spécifiquement des produits issus de réactions d’addition ou de condensation. / Phenolic resins, may be used in the wood industry for the manufacture of particle boards or plywood, after gluing, impregnation and/or hot-pressing steps. They are mainly obtained by step polymerization (polycondensation) from formaldehyde and phenol. These two raw materials are currently petrochemicals.This thesis work, supported by Rolkem, a company specialized in the design and manufacture of resol type phenolic resins, aims to reduce the use of non-biobased materials by replacing phenol with lignin exhibiting a phenolic structure and a structural similarity with the network of phenolic resins. Lignin is abundant in the environment and easily available. To achieve the industrialization of these new biobased resins, a study on the understanding of the reaction mechanisms has been carried out to favor the incorporation of lignin within the resins. It has been possible to replace up to 50wt.% of the phenol with organosolve lignin and to reduce the initial concentration of formaldehyde at the same time. 75wt.% substitution has been achieved using a Kraft lignin by reducing up to 30wt.% of the formaldehyde concentration as compared to conventional resins. The new biobased resins respect the Rolkem specifications. Thanks to this work results, the scale transfer of biobased resins from the laboratory scale to the industrial pilot was possible, while respecting industrial constraints such as productivity, quality, safety and environment. In addition, the industrial plywood bonding tests were in accordance with the prerequisite.In addition to the above objectives the reactivity of BiolignineTM with formaldehyde has been studied under conventional heating and microwave irradiation. This complementary study allows the correlation of the lignine-formaldehyde reactivity and the heating modes to specifically reach products resulting from addition or condensation reactions.

La synthèse de glycomonomères à base d'oligoalginate (AlgiMERs) et leur polymérisations conventionnelles et RAFT en solution aqueuse ont été étudiés. Premièrement, l'oligoalginates de départ ont été transformés soit dans le glycosylamines correspondant ou en amino alditols (via une amination réductrice). A cette étape, l'optimisation des protocoles d'amination ont été identifiées par la réalisation d'une étude systématique sur un simple acide uronique (acide D-glucuronique). Deuxièmement, les sucres aminés ont été obtenus a réagi avec une électrophile portant un groupe vinyle polymérisable à céder AlgiMERs. Le glycomonomères résultant n'a pas homopolymérisé même en haute force ionique et pour temps de réaction longs, mais leur copolymérisations radicalaire conventionnelles avec N-(2-hydroxyéthyl)méthacrylamide (HEMAm) donne de glycopolymères avec de haute mass molaires (Mw ≈ 1.500.000 Da) contenant jusqu'à 50% en masse de oligoalginate. Une étude cinétique a confirmé que la consommation des deux monomères suivi une cinétique de premier ordre et que les AlgiMERs ont été intégrées tôt dans le processus de polymérisation. Basé sur ces résultats, l'enquête a été étendue à la copolymérisation radicalaire vivante en milieu aqueuse et glycopolymères gradient bien définies ont été obtenues (Mn = 12 000 Da - 90 000 Da; PDI ≤ 1,20). Enfin, j'ai pu prouver qu'un polymère synthétique portant des résidus d'oligo (1→4)-α-L-guluronan conduit des gels en présence d'ions Ca2+ et offre un hydrogel transparent et stable. / The synthesis of oligoalginate derived glycomonomers (AlgiMERs) and their conventional and Reversible Addition Fragmentation chain Transfer (RAFT) polymerizations in aqueous solution were investigated. Firstly, the starting oligoalginates were transformed either into the corresponding glycosylamines or into amino-alditols (via reductive amination). At this stage, optimized amination protocols were identified by carrying out a systematic study on a simpler uronic acid (D-glucuronic acid). Secondly, the obtained amino sugars were reacted with an electrophile bearing a polymerisable vinyl group to yield AlgiMERs. The resulting glycomonomers did not homopolymerize even in high ionic strength and for long reaction times, but their conventional free radical copolymerization with 2-hydroxyethyl methacrylamide (HEMAm) led to high molecular weight glycopolymers (Mw ≈ 1.500.000 Da) containing up to 50 % by mass of oligoalginate. A kinetic study confirmed that the consumption of both monomers followed a first order kinetic and that oligoalginate-derived monomers were incorporated early on in the polymerization process. Based on these results, the investigation was extended to the living radical copolymerization in aqueous solution and well defined gradient glycopolymers were obtained (Mn = 12 000 Da – 90 000 Da; PDI ≤ 1.20). Finally, I could prove that a synthetic polymer carrying oligo(1→4)-α-L-guluronan residues gels in the presence of Ca2+ ions and affords a transparent and stable hydrogel.

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Considering such aspect, this research aimed at making a documentary survey from the Chemistry Course Pedagogical Projects (CPP) in the state of Goias to identify the Green Chemistry theme’s presence in the referred pedagogical proposals. Beyond that, it was proposed the theme insertion in the Chemistry students’ formation by a playful activity carried out in a Chemistry Jury format about the GC and its 12 principles. The methodology adopted in this second moment, of Chemistry Jury development, was the research- action which involves various phases such as problem investigation, action planning, development and process evaluation. From the data collected three analysis categories emerged. The first has a relation with the appropriation of the concepts involved in the 12 principles by the students, the second refers to the characters’ representation process by the students, and the third category relates to the GC in the critical environmental education perspective and the students’ simplistic view. In the face of the analysis made in this research it is inferred that the insertion of the GC theme is necessary, and its principles from the critical environmental education in the Chemistry students’ formation as well as the Chemistry Jury appears as teaching strategies that make the theme discussion possible with everyone’s participation in a classroom giving voice to the students and putting them as protagonists in the teaching and learning process. / As questões ambientais estão postas para discussão na formação de profissionais da Química desde o final do século XX e início do século XXI. Nesse contexto, a Química Verde (QV), embora seja uma perspectiva recente para a formação profissional de químicos, precisa ser inserida no âmbito das discussões formativas de licenciados, bacharéis e químicos industriais. Embora conste como aspecto avaliativo da formação de químicos, sendo inclusive conteúdo cobrado no Exame Nacional de Desempenho dos Estudantes (ENADE), existem ainda lacunas em termos da inserção do tema nos cursos de graduação. Considerando tal aspecto, essa pesquisa objetivou fazer um levantamentodocumental a partir dos Projetos Pedagógicos de Cursos (PPC) de Química do estado de Goiás para identificar a presença, ou não, do tema Química Verde nas referidas propostas pedagógicas. Além disso, propôs-se a inserção do tema na formação dos alunos do curso de Química por meio de uma atividade lúdica elaborada no formato de um Júri Químico sobre a QV e seus 12 Princípios. A metodologia adotada nesse segundo momento, de desenvolvimento do Júri Químico, foi a pesquisa-ação que envolve diversas etapas como levantamento do problema, planejamento das ações, desenvolvimento e avaliação do processo. Dos dados coletados emergiram três categorias de análise, a primeira tem relação com a apropriação dos conceitos envolvidos nos 12 Princípios pelos estudantes, a segunda se refere ao processo de representação dos personagens pelos alunos e a terceira categoria relaciona-se a QV na perspectiva da educação ambiental crítica e a visão simplista dos estudantes. Diante das análises realizadas neste trabalho infere-se que se faz necessária a inserção do tema QV e seus princípios a partir da educação ambiental crítica na formação dos estudantes de química e o Júri Químico se apresenta como uma estratégia de ensino que possibilita a discussão do tema e participação de todos em sala de aula dando voz aos estudantes e colocando-os como protagonistas no processo de ensino e aprendizagem.

O objetivo do trabalho foi investigar como a dimensão ambiental se insere na formação de estudantes de um curso de licenciatura em Química de uma Instituição de Ensino Superior pública, localizada no estado de São Paulo, Brasil. Por meio desse estudo de caso buscou-se analisar a relação desta dimensão com os aspectos científico, tecnológico e social do processo formativo; entre outros aportes, utilizou-se a teoria crítica da sociedade para compreender a realidade observada. A compreensão do currículo como um local onde ocorrem os conflitos pelo poder simbólico em um campo científico, bem como a perspectiva da teoria crítica para as análises documental e das falas dos indivíduos implicados num curso voltado à formação docente, mostrou-se de grande pertinência para os estudos voltados à ambientalização curricular. Foram considerados documentos oficiais (Diretrizes Curriculares Nacionais para a Formação de Professores da Educação Básica, em nível superior, curso de licenciatura, de graduação plena; Diretrizes Curriculares para os cursos de Química, bacharelado e licenciatura plena; Plano de desenvolvimento institucional; Perfil do profissional a ser formado; Perfil do profissional e habilidades a serem desenvolvidas na licenciatura em Química; Projeto pedagógico e estrutura curricular do curso de licenciatura em Química da IES de interesse) bem como entrevistas semi-estruturadas com licenciandas/os, apoiadas na metodologia de grupo focal, e com docentes vinculadas ao curso. Todos os textos foram analisados por meio da metodologia conhecida como análise textual discursiva, a qual assume pressupostos que a localizam entre os extremos da análise de conteúdo e a análise de discurso. Após a análise dos dados coletados, observou-se uma tendência crescente à ambientalização curricular do curso investigado, embora haja várias dificuldades de ordem institucional e prática. As iniciativas individuais em espaços formais e não formais de práticas voltadas à sustentabilidade socioambiental também auxiliam a compor o terreno desse campo científico na IES de interesse. / The purpose of this work is to examine how the environmental dimension is included in the education of students in a licentiate course in Chemistry at a public Institution of Higher Learning (IHL) located in the state of São Paulo, Brazil. Based on this study, an analysis was made of the relationship of this dimension with the scientific, technological and social aspects of the educational process. Among other resources, the critical theory of society was used to gain an understanding of the observed reality. Seeing the curriculum as a place where conflicts for symbolic power occur in a scientific field, as well as the perspective of the critical theory in the documental analyses and testimony of the individuals involved in a teacher training course, proved highly pertinent for studies focusing on curricular environmentalization. Official documents were considered (National Curricular Guidelines for Teacher Training for basic education, high school, licentiate courses, undergraduate courses; Curricular Guideline for Chemistry courses, baccalaureate and licentiateship; Institutional development plans; Profile of the professional to be trained; Profile of the professional and of the skills to be developed in Chemistry licentiateship; Pedagogical design and curricular structure of the Chemistry licentiate course of the IHL of interest), as well as semi-structured interviews, based on the focus group methodology, with licentiate students and with docents connected to the course. All the texts were analyzed using the methodology of text-based discourse analysis, which assumes premises that place it between the extremes of content analysis and discourse analysis. After analyzing the collected data, a tendency was detected for increasing curricular environmentalization in the course under investigation, despite the existence of several institutional and practical difficulties. In both formal and informal spaces, individual initiatives of practices focusing on socioenvironmental sustainability also help make up the terrain in this scientific field at the IHL of interest.

The Systemic Arterial Hypertension (SAH) has a high prevalence and low rates of control and its major complication infarction. In the center of the genesis of these diseases are found the Advanced Glycation Endproducts (AGEs), whose first inhibitor described was the aminoguanidine. Amongst the therapeutic arsenal available for treating hypertension are the guanidines agonists of α2-adrenergic receptors of central action. Given the high prevalence of hypertension and high mortality rates associated with complications of the disease, this work proposes the synthesis of aminoguanidinehydrazones (AGH) with potential application for the treatment of hypertension and at another time, the creation of rigid molecular frameworks for these flexible AGHs that allow the obtention of prototypes that, retaining the anti-hypertensive activity, are useful for prevention of damage caused by ischemic heart disease. It was synthesized 20 AGHs with different aromatic substituents, which yields ranged from about 70 to 90%, using classical methods of condensation between aminoguanidine and different aromatic aldehydes, being described here for the first time the antihypertensive activity for one of them, the compound 234, also known as LQM01. Among the synthesized AGHs, four were selected to serve as the basis for the synthesis of rigid analogs, and 25 different substances were obtained with yields ranging around 40 to 90% using a variety of synthetic strategies. Of these 25 substances, 13 are new, there are no reports in the literature of its synthesis and / or pharmacological activities. In a second step, this paper also proposes a new methodology development study for the reaction of carbon-nitrogen bond formation in aqueous medium catalyzed by copper in order to contribute to the arsenal of currently available reactions for arylation of primary amines and amides, with a reaction that is easy to perform, inexpensive and environmentally friendly. Two new methods were developed, one allowing the arylation of primary amines and other the arylation of primary and secondary amides and certain heterocyclic amines, both supplemented with TPGS using water as solvent and glucose as a reducing agent. In the arylation of primary amines model we bring here 34 examples of reactions, including different aliphatic and aromatic amines and aromatic and heteroaromatic halides with yields ranging around 50 to 90%. We also bring 34 examples of reactions with the catalyst system to arylation of amides, including reactions with aromatic and aliphatic amides, a lactam, aryl and heteroaryl halides, and also some heterocyclic amines with yields ranging around 60 to 90%. This work allowed two important contributions, one in the field of Medicinal Chemistry, with the synthesis of novel derivatives rigid molecular frameworks of AGHs with potential application in cardiovascular disease and other contribution in the field of Synthetic Organic Chemistry, with the development of new methodologies for C-N bond formation in an aqueous medium and with the use of sustainable additives. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A Hipertensão Arterial Sistêmica (HAS) é uma doença com alta prevalência e baixas taxas de controle, que traz como uma das principais complicações o infarto. No centro da gênese destas doenças encontramos os chamados Produtos Finais de Glicação Avançada (AGEs), cujo primeiro inibidor descrito foi a aminoguanidina. Dentre o arsenal terapêutico disponível para o tratamento da hipertensão estão as guanidinas agonistas de receptores α2‐adrenérgicos de ação central. Tendo em vista a alta prevalência de HAS e taxas de mortalidade associadas às complicações decorrentes da doença, este trabalho propõe a síntese de aminoguanidinoidrazonas (AGHs) com aplicação potencial para o tratamento da HAS e em outro momento, a criação de arcabouços moleculares rígidos para estas AGHs flexíveis que permitam a obtenção de protótipos que, retendo a atividade anti‐hipertensiva, sejam úteis para prevenção dos danos provocados pelas doenças isquêmicas do coração. Foram sintetizadas 20 AGHs carregando diferentes substituintes aromáticos, cujos rendimentos variaram da ordem de 70 a 90%, utilizando metodologia clássica de condensação entre a aminoguanidina e diferentes aldeídos aromáticos, sendo aqui descrita pela primeira vez a atividade anti‐hipertensiva para uma delas, o composto 234, também conhecido por LQM01. Dentre as AGHs sintetizadas, quatro foram selecionadas para servirem como base para a síntese de análogos rígidos, sendo obtidas 25 substâncias diferentes, das classes dos diidroimidazois, tetraidropirimidinas, aminotriazinas, aminopirimidinas e benzotriazepinaminas, com rendimentos variando da ordem de 40 a 90%. Destas 25 substâncias, 13 são inéditas, não havendo relatos na literatura de sua obtenção e/ou atividades farmacológicas Em um segundo momento, o presente trabalho propõe também um estudo de desenvolvimento de metodologia inédita de formação de ligação carbononitrogênio em meio aquoso, catalisada por cobre com o intuito de contribuir para o arsenal de reações disponível atualmente para a arilação de aminas primárias e amidas com uma reação que seja de fácil execução, barata e ambientalmente correta. Foram desenvolvidas duas metodologias inéditas, uma permitindo a arilação de aminas primárias e outra, a arilação de amidas primárias, secundárias e algumas aminas heterocíclicas, ambas utilizando água suplementada com TPGS como solvente e glicose como agente redutor. No modelo de arilação de aminas primárias trazemos aqui 34 exemplos de reações, incluindo diferentes aminas alifáticas e aromáticas e haletos aromáticos e heteroaromáticos, cujos rendimentos variaram da ordem de 50 a 90%. Trazemos também 34 exemplos de reações com o sistema catalítico de arilação de amidas, incluindo reações com amidas aromáticas, alifáticas, uma lactama, haletos de arila e heteroarila e também algumas aminas heterocíclicas, cujos rendimentos variaram da ordem de 60 a 90%. O presente trabalho permitiu duas contribuições importantes, uma no campo da Química Medicinal, com a síntese de inovadores arcabouços moleculares rígidos derivados das AGHs com potencial aplicação em doenças cardiovasculares e outra contribuição no campo da Química Orgânica Sintética, com o desenvolvimento de novas metodologias de formação de ligação C‐N em meio aquoso e com a utilização de aditivos sustentáveis.

Através do uso de reagentes ambientalmente corretos, foram desenvolvidos métodos mais simples que os tradicionais para obtenção de diversos tipos de nanopartículas de magnetita (MagNP) funcionalizadas. Em todos os casos foi confirmado um comportamento superparamagnético consistente com a presença de monodomínios magnéticos de Fe3O4, com diâmetros médios de partícula inferiores a 100 nm, além de histerese nula acima de 280 K, Tb=90K em H=500 Oe e magnetização de saturação em torno de 90 emu g-1. Os métodos de síntese das MagNP foram conduzidos em solventes derivados do biodiesel de soja/mamona, em substituição ao insumos importados, permitindo uma redução significativa nos custos de produção desse tipo de nanomaterial, e viabilizando sua produção em larga escala. Os nanomateriais foram voltados inicialmente para captura, separação e reciclagem de insumos e produtos químicos, incluindo poluentes, catalisadores e enzimas, utilizando ímãs externos. Os procedimentos desenvolvidos proporcionaram uma alternativa verde para os processos convencionais que fazem uso extensivo de solventes, geram muito descarte, e utilizam processos com alta demanda de energia, como centrifugação, extração por solventes e filtração sob altas pressões. As MagNP foram especialmente projetadas para serem dispersas em diversos meios polares e apolares, de acordo com o tipo de funcionalização química na superfície, utilizando principalmente moléculas orgânicas anfifílicas capazes de se ligar na superfície do Fe3O4 por meio de grupos polares, e com matrizes carbonáceas por meio de interações hidrofóbicas. Dessa forma foram gerados novos nanomateriais superparamagnéticos incorporando diversos tipos de matrizes que foram testadas para a remoção de óleo e de compostos orgânicos responsáveis por odores e cores indesejadas em efluentes industriais, bem como para a captura, transporte, recuperação, análise de espécies metálicas ou orgânicas. Foram testadas janelas ópticas e displays nos quais a intensidade de luz transmitida ou refletida pode ser modulada com ímãs externos. O projeto, financiado pela PETROBRÁS contemplou ainda outras aplicações sigilosas, que foram omitidas desta tese. Seu andamento abriu uma importante janela em prol da sustentabilidade, levando ao início do desenvolvimento no Laboratório, da nanomagneto-hidrometalurgia verde para obtenção e reciclagem de metais estratégicos, e de trabalhos de despoluição magnética de ambientes contaminados. / New routes for low cost production of functionalized magnetic nanoparticles (MagNP) have been pursued in this Thesis, by employing environmentally compatible chemicals and resources. The nanomaterials exhibited typical superparamagnetic behavior consistent with the presence of magnetic monodomains, revealing no hysteresis above 280 K, Tb = 90 K at H = 500 Oe, and saturation magnetization as high as 90 emu g-1. The synthetic procedures were carried out using biocompatible solvents derived from biodiesel of soybean and Brazilian mamona seeds, leading to substantial reduction of cost for large-scale production. The superparamagnetic nanoparticles were initially designed for capturing, transporting and recycling chemicals or drugs, including pollutants, catalysts and enzymes, using external magnets. They provide a green alternative strategy for conventional processes that make extensive use of solvents, generate too much waste, and proceeds through highly energetic demanding steps such as centrifugation, solvent extraction and high-pressure filtration. In our work, the MagNPs were appropriately modified for working in polar and non-polar media, employing for instance, amphiphilic species for interacting with Fe3O4 using the available polar groups, and also with carbon surfaces by means of hydrophobic interactions. Accordingly, new superparamagnetic nanomaterials incorporating several types of materials carbon based. It was observed that the carbon materials containing 15 to 20% of magnetic nanoparticles could be completely removed from the media with the use of a magnet. In this way, the functionalized superparamagnetic nanoparticles proved useful for the removal of oil spills and of organic pollutants from industrial processing water, as well as for the capture, removal and recovery of metallic elements and organic species from the effluents. In addition, as a proof of concept, smart windows and displays were elaborated based on the modulation of the transmitted or reflected light by the external magnet. This work was sponsored by PETROBRÁS, and also covered missing, non-authorized aspects involved in two patent applications. Finally, an important consequence to be mentioned is the contribution of this project for launching new chemical routes towards sustainability, such as the development in this Laboratory, of green, magnetic nano-hydrometalurgy for processing and recycling strategic metals, and of the magnetic remediation of polluted environments using the functionalized nanomaterials.

Óxidos à base de titânio são estudados por suas diversas aplicações. Dentre eles, compostos com estrutura cristalina de perovskita apresentam propriedades elétricas diferenciadas. Ademais, os recém-descobertos nanotubos derivados de TiO2 por método hidrotérmico têm chamado a atenção dos pesquisadores por sua alta área superficial e fácil obtenção, embora ainda haja controvérsias sobre sua estrutura cristalina e a influência das condições de síntese. Com o desenvolvimento tecnológico, tornou-se fundamental a obtenção de materiais mais puros e com propriedades controladas, o que vem sendo alcançado através de rotas brandas, relacionadas à Química Doce. Simultaneamente, a preocupação ambiental vem influenciando as metodologias sintéticas através das diretrizes da Química Verde. Esta pesquisa visa: 1. caracterização de SrTiO3 obtido por rotas brandas - sal fundido, hidrotérmica, precipitação do sol e combustão. Os produtos foram caracterizados por análise de sorção de N2, DRX e termogravimetria, para a comparação de área superficial (BET), perfil de porosidade (DFT), composição cristalina e cristalinidade, tamanho de partículas e composição química. 2. exploração do sistema de nanotubos derivados de TiO2 pelo método hidrotérmico em NaOH 10 mol.L-1. Foram comparados quatro precursores (TiO2 amorfo, anatase e rutilo obtidos via precipitação de alcóxido, e o comercial P25), dois tempos de reação (24h e 72h), e o efeito de lavagem posterior com HCl. As amostras foram caracterizadas por DRX, área superficial (BET), perfil de porosidade (BJH), MEV e MET, além de espectroscopia Raman e TG e o efeito da temperatura na composição cristalina das amostras. A rota de precipitação do sol produziu SrTiO3 com maior grau de cristalinidade e de impurezas, sendo que sua área superficial diminuiu após tratamento a 400°C. Todos os produtos continham SrCO3, eliminado após 900°C. O método da combustão não formou o titanato. Nanotubos de comprimentos variados foram obtidos de todos os precursores cristalinos, sendo que rutilo não gerou outros tipos de nanoestruturas e os nanotubos mais longos. Além disso, foi o polimorfo que reagiu mais lentamente. O precursor amorfo gerou nanoestruturas semelhantes a nanofios. Foi observado que os nanotubos são compostos de titanatos de sódio lamelares, sendo esses cátions trocados por H+ pela lavagem dos pós com HCl. Essa troca iônica promove a diminuição da região interlamelar e o aumento da área superficial das amostras. / Titanium based oxides are studied for their wide range of applications. Among them, perovskite-like oxides show especial electrical properties. Furthermore, the recently discovered TiO2-derived nanotubes through hydrothermal process have been drawing researchers\' attention for their high surface area and because they can be easily obtained, although their crystal structure and the influence of condition synthesis still being point of controversy. Due to technological advances, the production of property-controlled, composition and phase pure materials has become crucial. These aims have been achieved by the employment of soft routes, related to Soft Chemistry synthesis. Simultaneously, environmental concerns have influenced synthetic methodologies through the Green Chemistry guidelines. This research aims: 1. characterizing of SrTiO3 synthesized by soft routes, namely molten salt synthesis, hydrothermal method, sol-precipitation process and combustion synthesis. The products were characterized by N2 sorption analysis, XRD and thermogravimetry in order to compare their surface area (BET), porous structure (DTF), chemical and crystal phase composition, crystallinity and particle size. 2. exploring the system of nanotubes hydrothermally derived from TiO2 in NaOH 10 mol.L-1. The effects of precursor type (amorphous TiO2, anatase and rutile obtained by alcoxide hydrolysis, and commercial P25), reaction time (24h and 72h), and acid washing treatment were compared. The samples were characterized by XRD, surface area (BET), porous structure (BJH), SEM and TEM, besides Raman spectroscopy, TG and temperature effect on the crystal composition. The sol-precipitation route produced the SrTiO3 sample with higher crystallinity and amount of impurities, while its surface area decreased on 400°C heat-treatment. All products showed SrCO3 presence up to 900°C. Combustion synthesis did not lead to the strontium titanate. Varied-length nanotubes and other nanostructures were obtained from all crystalline precursors, although rutile-derived samples showed only nanotubes, and the longest ones. On the other hand, this precursor reacted more slowly than the others. Amorphous TiO2 produced wire-like nanostructures. It has been observed that nanotubes are composed of lamellar sodium titanate, and that HCl washing promotes Na+ exchange for H+ ions. This ion-exchange leads to a decrease in the interlamellar spacing and an increase in the surface area of the samples.

Orientador: Maria Izabel Maretti Silveira Bueno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-23T02:23:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Col_JoseAugustoda_D.pdf: 9318257 bytes, checksum: 54d0d6d3a0ad6811b828d2ca100ea0cf (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A técnica de Fluorescência de Raios X (XRF) considera medidas de intensidades e energias características dos raios X emitidos por amostras submetidas à radiação X. É rápida, de baixo custo, não destrutiva e multielementar. Essas características são muito atraentes para amostras da vida cotidiana. Um exemplo apresentado no Capítulo 2 é a análise exploratória da composição elementar de materiais escolares (giz de cera, massa de modelar e tinta guache), que possuem grande apelo junto ao público infantil. Por meio do método de Parâmetros Fundamentais (PF), que corrige teoricamente o efeito interelementar, constatou-se que a maioria dos materiais não apresentava contaminação por elementos tóxicos. Porém, três marcas de guache apresentaram o elemento Br (0,0024 ± 0,0001 a 0,0137 ± 0,0002 g/100g) e uma amostra de giz de cera, Ba (0,138 ± 0,005 g/100g). No terceiro capítulo, a comparação do uso de dois equipamentos de EDXRF (portátil e bancada) ajudou na caracterização de joias e bijuterias (colares, brincos, pulseiras, anéis e piercings), por meio da determinação dos teores dos constituintes metálicos que podem oferecer risco à saúde, como Ni e Pb. Várias amostras apresentaram concentração de Ni suficiente para provocar processos alérgicos, sinalizando a necessidade de cuidados pelas agências da área de saúde. Finalmente, no quarto capítulo, a quantificação de Na e Kem sal de cozinha (refinado, marinho e light) revelou dificuldades do método de PF na quantificação de elementos leves (Z < 22). O uso de um método univariado, baseado na calibração com as áreas dos picos, é uma alternativa possível, ainda que a manipulação de arquivos consuma certo tempo. A quantificação foi realizada com boas correlações tanto para Na (r = 0,974), como para K (r = 0,992). O método multivariado usando Partial Least Square Regression (PLS), com 5 LV, mostrou-se mais rápido. As quantificações de Na forneceram erros de calibração inferiores a 16% e uma correlação de 0,995. A tendência mais preocupante encontrada nas análises foi a possível não redução indicada pela legislação para o teor de Na no sal de cozinha light, que deve ser de 50%. As aplicações apresentadas podem ser realizadas de forma rápida, multielementar e atendendo às especificações da Química Verde / Abstract: X-Ray Fluorescence (XRF) employs measurements of intensities and characteristic energies of x-rays emitted by samples submitted to X-radiation. It is fast, low-cost, non-destructive and a truly multielement analytical technique. These properties are very attractive to be applied to daily life samples. An example is the exploratory analysis of the composition of school supplies (crayons, modeling clays, and gouaches), materials largely employed by children. Through the Fundamental Parameters method (FP), that performs theoretical corrections for the interelement effect, it was observed that most of the samples did not contain toxic elements. However, three gouache brands presented Br (0.0024 ± 0.0001 to 0.0137 ± 0.0002 g/100g), and a crayon sample contained Ba (0.138 ± 0.005 g/100g). In chapter 3, the comparison of two EDXRF devices (portable and benchtop) aimed at monitoring jewelry and bijou (necklaces, earrings, rings, bracelets and piercings) through the determination of metals that may be harmful, such as Ni and Pb. Many samples presented Ni concentrations that could trigger allergic processes, clearly indicating the need for a closer monitoring by health agencies. Finally, in chapter 4, the determination of Na and K in table salts (refined, marine and light types) revealed the difficulties of the PF method when working with light elements (Z < 22). An univariate method based on peak areas calibration is an attractive alternative, even though steps of data manipulations might consume some time. Quantifications were performed with good correlations for both Na (r = 0.974), and K (r = 0.992). A Partial Least Square Regression (PLS) method with 5 LV was very fast. Na quantifications provided calibration errors lower than 16% and a correlation of 0.995. Of great concern was the observation of high Na+ levels in light cooking salts, a type consumed mostly by hypertensive patients. The presented applications may be done in a fast and multielement fashion, in accordance with the Green Chemistry specifications / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências