Biocatalysis involves the use of enzymes to perform stereo- and enantio-specific reactions. One of the reactions where biocatalysis is a valuable technology is oxidation of naphthalene to 1-naphthol using Toluene ortho-Monooxygenase (TOM) variant TmoA3 V106A, also known as TOM-Green. Whole-cell biocatalysis in a water-organic solvent biphasic system was used to minimize naphthalene and 1-naphthol toxicity, and to increase substrate loading. Recombinant Escherichia coli TG1 cells expressing TOM-Green were used for biphasic biocatalysis and lauryl acetate gave best results among the solvents tested. On a constant volume basis, 8 - fold improvement in 1-naphthol production was achieved using biphasic systems compared to biotransformation in aqueous medium. The organic phase was optimized by studying the effects of organic phase ratio and naphthalene concentration in the organic phase. The efficiency of biocatalysis was further improved by application of a solvent tolerant strain Pseudomonas putida S12. P. putida S12 is solvent tolerant owing to its two adaptive mechanisms: outer membrane modification and solvent extrusion using solvent resistant pump srpABC. P. putida S12, in addition to its tolerance to various organic solvents, showed better tolerance to naphthalene compared to E. coli TG1 strain expressing TOM-Green. Application of solvent tolerant P. putida S12 further improved 1-naphthol productivity by approximately 42%. Solvent tolerance of P. putida S12 was further analyzed by transferring its tolerance to a solvent sensitive E. coli strain by transfer of solvent resistant pump srpABC genes. Engineered E. coli strain bearing srpABC genes either in low-copy number plasmid or high-copy number plasmid grew in the presence of a saturated toluene concentration. Engineered E. coli strains were also more tolerant to toxic solvents, e. g., decanol and hexane, compared to the control E. coli strain without srpABC genes. The expression of solvent resistant pump genes was confirmed by Reverse Transcriptase PCR analysis. The main drawbacks of biocatalysis for production of chemicals were addressed and approaches to minimize the drawbacks have been presented. The production of 1-naphthol was significantly improved using biocatalysis in liquid-liquid biphasic systems.

A duloxetina (DLX) é um duplo inibidor seletivo balanceado da recaptação de serotonina e norepinefrina empregado para o tratamento do transtorno depressivo maior e para o manejo da dor neuropática diabética periférica. O objetivo deste estudo foi desenvolver e validar métodos analíticos para determinação de DLX em cápsulas e realizar estudos da estabilidade do fármaco. A substância usada como padrão de referência nas análises foi caracterizada por espectroscopia no infravermelho, ressonância magnética nuclear (RMN), calorimetria diferencial de varredura e espectrometria de massas. As análises qualitativas foram realizadas por cromatografia em camada delgada (CCD), espectrofotometria na região do ultravioleta (UV) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) permitindo a identificação do fármaco no produto farmacêutico. A espectrofotometria UV, CLAE e voltametria de redissolução catódica (CSV) foram validadas para determinação quantitativa de DLX em cápsulas. Estes métodos propostos foram específicos, robustos, lineares, precisos e exatos para determinação de DLX em microgrânulos de revestimento entérico. Estudos preliminares da estabilidade da DLX durante o desenvolvimento do método indicativo de estabilidade por CLAE demonstraram que o fármaco foi rapidamente degradado em meio ácido, na presença de peróxido de hidrogênio e de radiação a luz UVC, enquanto que este foi mais estável em meio alcalino. A cinética de degradação descreveu as mudanças na concentração da DLX em condição ácida e sob fotodegradação. A degradação ácida da DLX, em solução de HCl 0,1 M, mostrou cinética aparente de zero ordem e a fotodegradação demonstrou uma cinética aparente de primeira ordem. O produto de degradação principal observado na hidrólise ácida (PDA-14) foi analisado e isolado por CCD preparativa. Espectros de RMN-1H, RMN-13C e COSY foram avaliados e a estrutura do PDA-14 foi confirmada como 1-naftol. Esta substância produz efeitos citotóxicos e consequentemente o produto farmacêutico é uma cápsula de gelatina contendo microgrânulos com revestimento entérico para evitar a degradação ácida da DLX no estômago. / The duloxetine (DLX) is a double balanced selective serotonin and norepinephrinereuptake inhibitor employed for the treatment of major depressive disorder and for the management of diabetic peripheral neuropathic pain. The aim of this study was to develop and validate analytical methods to the determination of DLX in capsules and accomplish studies of this drug stability. The substance used as reference standard in the analysis was characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR), differential scanning calorimetry, and mass spectrometry. The qualitative analyses were performed by thin layer chromatography (TLC), ultraviolet spectrophotometry (UV), and high performance liquid chromatography (HPLC) allowing the identification of the drug in pharmaceutical dosage form. The UV spectrophotometry, HPLC, and cathodic stripping voltammetry (CSV) were validated for quantitative determination of the DLX in capsules. These proposed methods were specific, robust, linear, precise, and accurate to the determination of DLX in entericcoated pellets. Preliminary studies of DLX stability during the development of stability-indicating HPLC method demonstrated that the drug was rapidly degraded in acid medium, in the presence of hydrogen peroxide and light UVC radiation, while it was more stable in alkali medium. The kinetics of degradation described the concentration changes of DLX in acid condition and on photodegradation. The acid degradation of DLX in 0.1M HCl solution showed apparent zero-order kinetics and the photodegradation demonstrated apparent first-order kinetics. The main degradation product observed in acid hydrolysis (DP-14) was analyzed and isolated by TLC preparative. 1H NMR, 13C NMR and COSY spectra were evaluated and the structure of DP-14 was confirmed as 1-naphthol. This substance produces cytotoxic effects and consequently the finished pharmaceutical dosage form is a gelatin capsule containing enteric-coated pellets to avoid the acid degradation of DLX in the stomach.

A duloxetina (DLX) é um duplo inibidor seletivo balanceado da recaptação de serotonina e norepinefrina empregado para o tratamento do transtorno depressivo maior e para o manejo da dor neuropática diabética periférica. O objetivo deste estudo foi desenvolver e validar métodos analíticos para determinação de DLX em cápsulas e realizar estudos da estabilidade do fármaco. A substância usada como padrão de referência nas análises foi caracterizada por espectroscopia no infravermelho, ressonância magnética nuclear (RMN), calorimetria diferencial de varredura e espectrometria de massas. As análises qualitativas foram realizadas por cromatografia em camada delgada (CCD), espectrofotometria na região do ultravioleta (UV) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) permitindo a identificação do fármaco no produto farmacêutico. A espectrofotometria UV, CLAE e voltametria de redissolução catódica (CSV) foram validadas para determinação quantitativa de DLX em cápsulas. Estes métodos propostos foram específicos, robustos, lineares, precisos e exatos para determinação de DLX em microgrânulos de revestimento entérico. Estudos preliminares da estabilidade da DLX durante o desenvolvimento do método indicativo de estabilidade por CLAE demonstraram que o fármaco foi rapidamente degradado em meio ácido, na presença de peróxido de hidrogênio e de radiação a luz UVC, enquanto que este foi mais estável em meio alcalino. A cinética de degradação descreveu as mudanças na concentração da DLX em condição ácida e sob fotodegradação. A degradação ácida da DLX, em solução de HCl 0,1 M, mostrou cinética aparente de zero ordem e a fotodegradação demonstrou uma cinética aparente de primeira ordem. O produto de degradação principal observado na hidrólise ácida (PDA-14) foi analisado e isolado por CCD preparativa. Espectros de RMN-1H, RMN-13C e COSY foram avaliados e a estrutura do PDA-14 foi confirmada como 1-naftol. Esta substância produz efeitos citotóxicos e consequentemente o produto farmacêutico é uma cápsula de gelatina contendo microgrânulos com revestimento entérico para evitar a degradação ácida da DLX no estômago. / The duloxetine (DLX) is a double balanced selective serotonin and norepinephrinereuptake inhibitor employed for the treatment of major depressive disorder and for the management of diabetic peripheral neuropathic pain. The aim of this study was to develop and validate analytical methods to the determination of DLX in capsules and accomplish studies of this drug stability. The substance used as reference standard in the analysis was characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR), differential scanning calorimetry, and mass spectrometry. The qualitative analyses were performed by thin layer chromatography (TLC), ultraviolet spectrophotometry (UV), and high performance liquid chromatography (HPLC) allowing the identification of the drug in pharmaceutical dosage form. The UV spectrophotometry, HPLC, and cathodic stripping voltammetry (CSV) were validated for quantitative determination of the DLX in capsules. These proposed methods were specific, robust, linear, precise, and accurate to the determination of DLX in entericcoated pellets. Preliminary studies of DLX stability during the development of stability-indicating HPLC method demonstrated that the drug was rapidly degraded in acid medium, in the presence of hydrogen peroxide and light UVC radiation, while it was more stable in alkali medium. The kinetics of degradation described the concentration changes of DLX in acid condition and on photodegradation. The acid degradation of DLX in 0.1M HCl solution showed apparent zero-order kinetics and the photodegradation demonstrated apparent first-order kinetics. The main degradation product observed in acid hydrolysis (DP-14) was analyzed and isolated by TLC preparative. 1H NMR, 13C NMR and COSY spectra were evaluated and the structure of DP-14 was confirmed as 1-naphthol. This substance produces cytotoxic effects and consequently the finished pharmaceutical dosage form is a gelatin capsule containing enteric-coated pellets to avoid the acid degradation of DLX in the stomach.

A duloxetina (DLX) é um duplo inibidor seletivo balanceado da recaptação de serotonina e norepinefrina empregado para o tratamento do transtorno depressivo maior e para o manejo da dor neuropática diabética periférica. O objetivo deste estudo foi desenvolver e validar métodos analíticos para determinação de DLX em cápsulas e realizar estudos da estabilidade do fármaco. A substância usada como padrão de referência nas análises foi caracterizada por espectroscopia no infravermelho, ressonância magnética nuclear (RMN), calorimetria diferencial de varredura e espectrometria de massas. As análises qualitativas foram realizadas por cromatografia em camada delgada (CCD), espectrofotometria na região do ultravioleta (UV) e cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) permitindo a identificação do fármaco no produto farmacêutico. A espectrofotometria UV, CLAE e voltametria de redissolução catódica (CSV) foram validadas para determinação quantitativa de DLX em cápsulas. Estes métodos propostos foram específicos, robustos, lineares, precisos e exatos para determinação de DLX em microgrânulos de revestimento entérico. Estudos preliminares da estabilidade da DLX durante o desenvolvimento do método indicativo de estabilidade por CLAE demonstraram que o fármaco foi rapidamente degradado em meio ácido, na presença de peróxido de hidrogênio e de radiação a luz UVC, enquanto que este foi mais estável em meio alcalino. A cinética de degradação descreveu as mudanças na concentração da DLX em condição ácida e sob fotodegradação. A degradação ácida da DLX, em solução de HCl 0,1 M, mostrou cinética aparente de zero ordem e a fotodegradação demonstrou uma cinética aparente de primeira ordem. O produto de degradação principal observado na hidrólise ácida (PDA-14) foi analisado e isolado por CCD preparativa. Espectros de RMN-1H, RMN-13C e COSY foram avaliados e a estrutura do PDA-14 foi confirmada como 1-naftol. Esta substância produz efeitos citotóxicos e consequentemente o produto farmacêutico é uma cápsula de gelatina contendo microgrânulos com revestimento entérico para evitar a degradação ácida da DLX no estômago. / The duloxetine (DLX) is a double balanced selective serotonin and norepinephrinereuptake inhibitor employed for the treatment of major depressive disorder and for the management of diabetic peripheral neuropathic pain. The aim of this study was to develop and validate analytical methods to the determination of DLX in capsules and accomplish studies of this drug stability. The substance used as reference standard in the analysis was characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR), differential scanning calorimetry, and mass spectrometry. The qualitative analyses were performed by thin layer chromatography (TLC), ultraviolet spectrophotometry (UV), and high performance liquid chromatography (HPLC) allowing the identification of the drug in pharmaceutical dosage form. The UV spectrophotometry, HPLC, and cathodic stripping voltammetry (CSV) were validated for quantitative determination of the DLX in capsules. These proposed methods were specific, robust, linear, precise, and accurate to the determination of DLX in entericcoated pellets. Preliminary studies of DLX stability during the development of stability-indicating HPLC method demonstrated that the drug was rapidly degraded in acid medium, in the presence of hydrogen peroxide and light UVC radiation, while it was more stable in alkali medium. The kinetics of degradation described the concentration changes of DLX in acid condition and on photodegradation. The acid degradation of DLX in 0.1M HCl solution showed apparent zero-order kinetics and the photodegradation demonstrated apparent first-order kinetics. The main degradation product observed in acid hydrolysis (DP-14) was analyzed and isolated by TLC preparative. 1H NMR, 13C NMR and COSY spectra were evaluated and the structure of DP-14 was confirmed as 1-naphthol. This substance produces cytotoxic effects and consequently the finished pharmaceutical dosage form is a gelatin capsule containing enteric-coated pellets to avoid the acid degradation of DLX in the stomach.

O poli(5-amino 1-naftol) é um polímero que pertence à classe dos polímeros condutores e pode ser obtido através da oxidação do monômero bifuncionalizado, 5-amino 1-naftol, que possui dois grupos funcionais: -NH2 e -OH. Neste trabalho é apresentado um estudo dos polímeros provenientes do referido monômero quando polimerizado na presença de diferentes ácidos. As influências do meio eletrolítico na eletrodeposição, na morfologia e nos processos redox dos filmes, são estudadas. As transformações eletrocrômicas, conseqüência dos diferentes estados de oxidação dos filmes, são acompanhadas por experimentos espectroeletroquímicos na região do visível. É realizado um completo estudo espectroscópico, utilizando técnicas in situ e ex situ como Raman Ressonante, Infravermelho e Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X, que permite a elucidação das distintas estruturas formadas durante a polimerização e a identificação das espécies encontradas nos diferentes estados de oxidação do filme. São também realizados testes para verificar a potencial aplicação do poli(5-amino 1-naftol) como componente na construção de biossensores, fazendo uso do grupamento funcional -OH que não participa do processo de polimerização e permanece livre na cadeia polimérica. / Poly(5-amino 1-naphthol) (poly(5-NH2 1-NAP)) is a polymer that belongs to the conducting polymer class obtained by the oxidation of a bifunctional monomer, 5-amino 1-naphthol, which presents two bifunctional groups: -NH2 e -OH. In this work it is showed a study about polimerization of 5-amino 1-naphthol and their polymer formed in different electrolytic acid medium. Influences of the electrolyte in the electrodeposition, morfology and the redox process are studied. Electrochromic transformations that appear as consequences of different films oxidation states are followed by spectroelectrochemical experiments in the visible range. An entire spectrocopic study using ex situ and in situ techniques as Resonante Raman Spectroscopy, Infrared Spectroscopy and X-Ray Photoelectron Spectroscopy is carried out. It allows the elucidation of distint structures formed during the polimerization and the identification of species in different oxidation states. Experiments are also carried out in order to verify the potential aplication of poly(5-amino 1-naphthol) as biosensor component. Poly(5amino 1-naphthol) is a candidate as polymeric matrix beca use of the -OH groups doesnt take part in the polymerization process and it remais free in the polymeric chain.

Neste trabalho, foram desenvolvidos sensores eletroquímicos para a detecção amperométrica do óxido nítrico (NO) fundamentada na aplicação da ftalocianina tetrasulfonada de níquel (NiTsPc) e do poli(5-amino 1-naftol) (poli(5-NH2 1-NAP)). NiTsPc foi eletrodepositada por voltametria cíclica sobre o eletrodo de platina e caracterizada eletroquimicamente em diferentes pHs. A detecção amperométrica de NO foi bastante sensível, mas o eletrodo não apresenta seletividade suficiente, motivo pelo qual este material foi substituído pelo poli(5-NH2 1-NAP) modificado com citocromo c. A imobilização foi caracterizada por voltametria cíclica e microbalança a cristal de quartzo. As detecções amperométricas do NO foram efetuadas aplicando o potencial em -0,6 V e foi observado que a variação da corrente devido à adição do NO ocorreu somente no segundo dia após a imobilização da proteína, o que pode estar relacionado a mudanças de estrutura do citcocromo c covalentemente ligado. O poli(5-NH2 1-NAP) foi também eletropolimerizado sobre nanotubos de carbono, obtendo assim um eletrodo nanoestruturado e o citocromo c foi imobilizado nessa estrutura. Assim como para os eletrodos maciços, ele não respondeu ao NO logo após a imobilização do citocromo c, respondendo somente no segundo dia e apresentou um melhor desempenho devido a sua maior área superficial. / In this work, electrochemical sensors for nitric oxide (NO) amperometric detection were prepared. For this purpose nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) and poly(5-amino 1-naphthol) (poly(5-NH2 1-NAP)) modified with cytochrome c were applied. NiTsPc was electropolymerized by cyclic voltammery at platinum electrode and were electrochemically characterized in differents pHs. NO amperometric detections were very sensitive, but the electrode does not present satisfactory selectivity, and because of this, the material was replaced by poly(5-NH2 1-NAP) modified with cytochrome c. The immobilization was characterized by cyclic voltammetry and electrochemical crystal microbalance. NO amperometric detection has been carried out by applying -0.6 V and it was observed that the current due the NO sensing was only observed at the second day after protein immobilization. This can be related with cytochrome c structural change. For nanostructuring the surface of Poly(5-NH2 1-NAP) it was electropolymerized on carbon nanotubes felt electrodes and cytochrome c was immobilized. As well as the bulk electrode, the nanostructured one did not sense NO immediately after the cytochrome c immobilization, being possible to observe current only after the second day displaying a much better performance due to its high superficial area.

O poli(5-amino 1-naftol) é um polímero que pertence à classe dos polímeros condutores e pode ser obtido através da oxidação do monômero bifuncionalizado, 5-amino 1-naftol, que possui dois grupos funcionais: -NH2 e -OH. Neste trabalho é apresentado um estudo dos polímeros provenientes do referido monômero quando polimerizado na presença de diferentes ácidos. As influências do meio eletrolítico na eletrodeposição, na morfologia e nos processos redox dos filmes, são estudadas. As transformações eletrocrômicas, conseqüência dos diferentes estados de oxidação dos filmes, são acompanhadas por experimentos espectroeletroquímicos na região do visível. É realizado um completo estudo espectroscópico, utilizando técnicas in situ e ex situ como Raman Ressonante, Infravermelho e Espectroscopia Fotoeletrônica de Raios-X, que permite a elucidação das distintas estruturas formadas durante a polimerização e a identificação das espécies encontradas nos diferentes estados de oxidação do filme. São também realizados testes para verificar a potencial aplicação do poli(5-amino 1-naftol) como componente na construção de biossensores, fazendo uso do grupamento funcional -OH que não participa do processo de polimerização e permanece livre na cadeia polimérica. / Poly(5-amino 1-naphthol) (poly(5-NH2 1-NAP)) is a polymer that belongs to the conducting polymer class obtained by the oxidation of a bifunctional monomer, 5-amino 1-naphthol, which presents two bifunctional groups: -NH2 e -OH. In this work it is showed a study about polimerization of 5-amino 1-naphthol and their polymer formed in different electrolytic acid medium. Influences of the electrolyte in the electrodeposition, morfology and the redox process are studied. Electrochromic transformations that appear as consequences of different films oxidation states are followed by spectroelectrochemical experiments in the visible range. An entire spectrocopic study using ex situ and in situ techniques as Resonante Raman Spectroscopy, Infrared Spectroscopy and X-Ray Photoelectron Spectroscopy is carried out. It allows the elucidation of distint structures formed during the polimerization and the identification of species in different oxidation states. Experiments are also carried out in order to verify the potential aplication of poly(5-amino 1-naphthol) as biosensor component. Poly(5amino 1-naphthol) is a candidate as polymeric matrix beca use of the -OH groups doesnt take part in the polymerization process and it remais free in the polymeric chain.

Neste trabalho, foram desenvolvidos sensores eletroquímicos para a detecção amperométrica do óxido nítrico (NO) fundamentada na aplicação da ftalocianina tetrasulfonada de níquel (NiTsPc) e do poli(5-amino 1-naftol) (poli(5-NH2 1-NAP)). NiTsPc foi eletrodepositada por voltametria cíclica sobre o eletrodo de platina e caracterizada eletroquimicamente em diferentes pHs. A detecção amperométrica de NO foi bastante sensível, mas o eletrodo não apresenta seletividade suficiente, motivo pelo qual este material foi substituído pelo poli(5-NH2 1-NAP) modificado com citocromo c. A imobilização foi caracterizada por voltametria cíclica e microbalança a cristal de quartzo. As detecções amperométricas do NO foram efetuadas aplicando o potencial em -0,6 V e foi observado que a variação da corrente devido à adição do NO ocorreu somente no segundo dia após a imobilização da proteína, o que pode estar relacionado a mudanças de estrutura do citcocromo c covalentemente ligado. O poli(5-NH2 1-NAP) foi também eletropolimerizado sobre nanotubos de carbono, obtendo assim um eletrodo nanoestruturado e o citocromo c foi imobilizado nessa estrutura. Assim como para os eletrodos maciços, ele não respondeu ao NO logo após a imobilização do citocromo c, respondendo somente no segundo dia e apresentou um melhor desempenho devido a sua maior área superficial. / In this work, electrochemical sensors for nitric oxide (NO) amperometric detection were prepared. For this purpose nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) and poly(5-amino 1-naphthol) (poly(5-NH2 1-NAP)) modified with cytochrome c were applied. NiTsPc was electropolymerized by cyclic voltammery at platinum electrode and were electrochemically characterized in differents pHs. NO amperometric detections were very sensitive, but the electrode does not present satisfactory selectivity, and because of this, the material was replaced by poly(5-NH2 1-NAP) modified with cytochrome c. The immobilization was characterized by cyclic voltammetry and electrochemical crystal microbalance. NO amperometric detection has been carried out by applying -0.6 V and it was observed that the current due the NO sensing was only observed at the second day after protein immobilization. This can be related with cytochrome c structural change. For nanostructuring the surface of Poly(5-NH2 1-NAP) it was electropolymerized on carbon nanotubes felt electrodes and cytochrome c was immobilized. As well as the bulk electrode, the nanostructured one did not sense NO immediately after the cytochrome c immobilization, being possible to observe current only after the second day displaying a much better performance due to its high superficial area.