Made available in DSpace on 2015-03-13T02:01:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000466218-Texto+Completo-0.pdf: 1839839 bytes, checksum: b88b0a1aef8f28f8586a8a5527e57608 (MD5) Previous issue date: 2015 / The interest in micro and nanoparticles has grown recently, since the technological advancement increased the possibilities for production and manipulation of these particles. The applications in different sectors, such as pigments, explosives, polymers, pharmaceuticals and superconductors, nanotechnology has increasingly attracted the interest of governments, academic researchers and industry. Among the technologies for obtaining micro- and nanoparticles, stand out those which make use of supercritical antisolvent (SAS). This method enables the obtainment of smaller particles with a more homogeneous size distribution than traditional ones, often eliminating the presence of residual solvent in the particles. In this context, this work aims to build, implant and perform validation test of a SAS process pilot unit, seeking the incorporation of this equipment as a technological tool for development and innovation associated with the production of nanoparticles. The implementation of this project started with the propose of SAS process flowchart; followed by sizing and acquisition of vessels, piping, valves and other necessary items for the equipment assembly, based on the supercritical extraction pilot plant installed at LOPE / PUCRS. In order to validate the equipment, caffeine particles were produced under different experimental conditions. The best performance of the precipitation process was achieved at 100 bar and 60 ° C. The caffeine particles obtained using the deployed equipment were analyzed for morphology and size using images taken by a scanning electron microscope (SEM) and the results were similar to those found in the literature. / O interesse em micro e nanopartículas tem crescido nos últimos anos, uma vez que o avanço tecnológico ampliou as possibilidades de produção e manipulação dessas partículas. Por ter aplicações em diferentes setores, tais como os de pigmentos, explosivos, polímeros, fármacos e supercondutores, a nanotecnologia tem atraído cada vez mais o interesse de governos, pesquisadores acadêmicos e indústrias. Dentre as tecnologias para obtenção de micro e nanopartículas, destacam-se as que fazem uso de antissolvente supercrítico (SAS), visto que possibilitam a obtenção de partículas menores e com distribuição granulométrica mais homogênea do que os métodos tradicionais, além de muitas vezes eliminarem a presença de solvente residual nas partículas obtidas. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo construir, implantar e realizar testes de validação de uma unidade piloto experimental do processo SAS, visando incorporação deste equipamento como instrumento de desenvolvimento tecnológico e inovação associado à produção de nanopartículas. A execução do projeto iniciou com a proposição do fluxograma de processo SAS; em seguida foram dimensionados e adquiridos vasos, tubulações, conexões, válvulas e outros acessórios necessários para a montagem do equipamento, tendo como base a unidade piloto de extração supercrítica instalada no LOPE/PUCRS. Para validação do equipamento, partículas de cafeína foram produzidas em diferentes condições experimentais. A condição mais favorável para o melhor rendimento no processo de precipitação foi a de 100 bar e 60 oC. A produção de partículas de cafeína no equipamento implementado reproduziu os resultados encontrados na literatura quanto à morfologia e dimensão das partículas obtidas, analisadas através de imagens obtidas por um microscópio eletrônico de varredura (MEV).

En esta tesis se estudió experimental y numéricamente la dinámica de ordenamiento hacia el equilibrio de sistemas multicapas de copolímero bloque confinados en la nanoescala. Experimenente, se prepararon films delgados empleando técnicas capaces de extraer, manipular y ordenar membranas poliméricas de unas pocas decenas de nanómetros de espesor. Dichos films se caracterizaron mediante diversas técnicas, tales como microscopía de fuerza atómica, AFM, microscopía electónica de barrido, SEM, difracción de rayos X de bajo ángulo, SAXS, elipsometría e interferometría. Se estudió el proceso de autoensamblado de los films de multicapas de copolímeros bloque utilizando una nueva técnica innovadora a partir de CO2 supercrítico, la cual acelera la dinámica de ordenamiendo, y da lugar a nuevas estructuras altamente ordenadas de equilibrio, que son imposibles de alcanzar mediante tratamientos convencionales. Todos los resultados experimentales de esta tesis fueron estudiados numéricamente mediante simulaciones tridimensionales utilizando el funcional de energía libre de Otha- Kawasaki para copolímeros bloque en conjunto con la dinámica de Cahn-Hilliard para un parámetro de orden conservado. Además, se complementó dicho análisis estudiando la estabilidad de los films a partir de teoría autoconsistente de campos. / This thesis explores experimentally and numerically the dynamics of ordering towards the equilibrium state of block copolymer multilayer systems confined at the nanoscale. Experimentally, thin films were prepared using techniques capable of extracting, manipulating and ordering polymer membranes a few tens of nanometers thick. These films were characterized by various techniques, such as AFM, SEM, SAXS, ellipsometry and interferometry. The self-assembly process of the block copolymer films was studied using conventional thermal treatments, as well as a new technique based on supercritical CO2, which is an accelerator of the dynamics of ordering and gives rise to new equilibrium structures that can not be achieved though conventional methods. All the experimental results of this thesis were also studied numerically through threedimensional simulations using the Otha-Kawasaki free energy functional for block copolymers following a Cahn-Hilliard dynamics for a conserved order parameter. In addition, this analysis was complemented studying the stability of the thin films by means of selfconsistent fields theory.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000437800-Texto+Completo-0.pdf: 2143579 bytes, checksum: 27291e3f6641f7a5b986a21239266159 (MD5) Previous issue date: 2012 / The decaffeination of leaves of yerba mate is economically attractive, since it allows to obtain products of commercial interest and caffeine, a byproduct used in food and pharmaceutical industries. In this work we used the extraction and precipitation with supercritical carbon dioxide to obtain the decaffeinated yerba mate and micro/nanoparticles of the caffeine. The decaffeinated yerba mate and extract were obtained from the dry leaves on automated pilot plant. The mathematical modeling was realized with the extraction curves defining the condition of the pressure and temperature for higher yield and lower caffeine content in yerba mate. For the micronization process based on the use of supercritical carbon dioxide as antisolvent (SAS process, Supercritical AntiSolvent) it was used a semi-continuous pilot plant. The influence of the initial concentration, the temperature and the pressure in the yield, in the particle size, in the morphology and polymorphism were analyzed. The results demonstrated that carbon dioxide is selective for caffeine and the condition which obtains higher yields of extract and less content of the caffeine in the extracted yerba mate was 15. 0 MPa and 323,15 K. The average reduction of caffeine in yerba mate was 40%. The particles were micronized from caffeine solution with dichloromethaneand the analysis of the product showed a narrower range of sizes (2. 5 to 6. 5 μm) in comparison to unprocessed caffeine (12. 2 μm) with an increment of the purity of caffeine. We also found that with proper selection of process parameters such as temperature, pressure and initial concentration, it is possible to produce particles of caffeine with different degrees of crystallinity and distinct quantities of polimorphics. / A descafeinização de folhas de erva-mate é economicamente atrativa, pois possibilita a obtenção de produtos descafeinados de interesse comercial e cafeína, um bioproduto utilizado na indústria alimentícia e farmacêutica. Neste trabalho utilizaram-se a extração e a precipitação supercrítica com dióxido de carbono para obtenção da erva mate descafeinada e de micro/nanopartículas de cafeína. A ervamate descafeinada e o extrato foram obtidos a partir da erva-mate seca em uma planta piloto automatizada. Com as curvas de extração procedeu-se a modelagem matemática definindo qual a condição de pressão e temperatura de extração para maior rendimento e menor teor de cafeína na erva-mate. O processo de micronização baseou-se no uso do dióxido de carbono supercrítico como antisolvente (processo SAS–Supercritical Antisolvent) em uma planta piloto semicontínua. A influência da concentração inicial, temperatura e pressão no rendimento, tamanho de partícula, morfologia e polimorfismo foram analisados. Os resultados demonstraram que o dióxido de carbono é seletivo para a cafeína e que a condição em que se obtém o maior rendimento de extrato e menor quantidade em massa de cafeína na erva-mate extraída é a de 15,0 MPa e 323,15 K. A redução média da cafeína na erva-mate foi de 40%. As partículas de cafeína foram micronizadas a partir de soluções com diclorometano. A análise do produto apresentou uma faixa mais estreita de tamanhos (2,5 a 6,5 μm) em comparação com a cafeína não processada (12,2 μm), com aumento de pureza da cafeína. Foi encontrado também que com adequada seleção dos parâmetros do processo como temperatura, pressão e concentração inicial, é possível produzir partículas de cafeína com distintos graus de cristalinidade e diferentes quantidades dos polimórficos.

A reação de hidrodescloração catalítica (HDC) de bifenilas policloradas (PCB) foi estudada em diversos sistemas reacionais: solventes orgânicos, dióxido de carbono supercrítico, presença e natureza de aditivos (bases e co-solventes) a temperaturas na faixa de 25 °C a 100 °C e pressões de 1 bar até 250 bar. Os reagentes utilizados foram um composto modelo (2,4- diclorobifenil), misturas comerciais de PCB (Aroclor, Ascarel) e outros compostos halogenados (clorobenzenos e bromoclorobenzeno). Os catalisadores avaliados, paládio suportado em carvão ativo (Pd/C), paládio suportado em sílica mesoporosa (Pd/SiO2), nanopartículas ferromagnéticas de paládio (FFSiNH2Pd), e nanopartículas ocas de paládio (PdNP) e de platina (PtNP), mostraram-se versáteis nas mais diversas condições, quer sejam condições supercríticas, presença ou não de água, presença e natureza da base e diferentes doadores de hidrogênio. Em dióxido de carbono, dois regimes reacionais foram avaliados: dióxido de carbono subcrítico, onde o gás atua como agente expansor da fase líquida ao se dissolver nela permitindo que a reação ocorra em uma fase líquida rica em gás hidrogênio; e dióxido de carbono supercrítico, sistema onde a temperatura influencia fortemente a reação e a pressão tende a ter efeito negativo sobre a velocidade de reação, devido a efeitos de diluição e de competição das moléculas do gás com as moléculas dos reagentes. A condição reacional ótima foi determinada para o regime supercrítico e dados cinéticos foram obtidos para os regimes sub- e supercrítico. / The catalytic hydrodechlorination reaction (HDC) of polychlorinated biphenyls (PCB) was studied in several reactional systems: organic solvents, supercritical carbon dioxide, presence and nature of additives (bases and co-solvents), in temperatures of 25 °C to 100 °C and pressures of 1 bar to 250 bar. The reagents used were: a model compound, 2,4-dichlorobiphenyl, commercial mixtures of PCB (Aroclor, Ascarel) and other halogenated compounds (chlorobenzenes and bromochlorobenzene). The catalysts evaluated, palladium supported in activated carbon (Pd/C), palladium supported in mesoporous silica (Pd/SiO2), palladium ferromagnetic nanoparticles (FFSiNH2Pd), and hollow palladium ((PdNP) and platinum (PtNP) nanoparticles, showed to be versatile in several conditions, either supercritical conditions, presence or not of water, nature of the base, and different hydrogen donors. In carbon dioxide, two reaction regimes were evaluated: subcritical carbon dioxide, where the gas acts as an expansion agent of the liquid phase when it dissolves in it, allowing that the reaction happens in a liquid phase rich in hydrogen; and supercritical carbon dioxide, a system where the temperature has a strong influence over the reaction and the pressure has a negative effect on the rate of the reaction, due to dilution and the competition of gas molecules with the reagents molecules for the catalyst. The optimal reaction condition was determined for the supercritical regime and kinetic data were obtained for both the sub and supercritical regimes.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2016-10-25T10:45:30Z No. of bitstreams: 1 DissRJA.pdf: 7343626 bytes, checksum: 4f5063d38c864a5c9b99c87a23178a54 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T19:09:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRJA.pdf: 7343626 bytes, checksum: 4f5063d38c864a5c9b99c87a23178a54 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T19:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRJA.pdf: 7343626 bytes, checksum: 4f5063d38c864a5c9b99c87a23178a54 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T19:09:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRJA.pdf: 7343626 bytes, checksum: 4f5063d38c864a5c9b99c87a23178a54 (MD5) Previous issue date: 2016-07-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The objective of this master’s thesis was to develop a process of manufacturing porous polymer membranes for microfiltration by a one-step foaming technique, using carbon dioxide (CO2) as physical blowing agent and ethanol (etOH) as co-solvent. Initially this work was conducted with PC/PMMA polymer blend samples in hollow fiber geometry, varying the blend composition, foaming temperature and the co-solvent content. It was determined that the blend composition PC/PMMA 60/40, sorbed with CO2 at 40°C with an ethanol content of 10%mol (CO2 molar basis) provided an opened porous morphology with potential for filtering applications. However, the pronounced fiber wall expansion ratio after the foaming process resulted in a considerable reduction of the fibers inner diameter, hindering its application as a hollow fiber membrane. Thus, it was necessary to change the hollow fiber geometry for flat films. DSC analysis showed that the PC/PMMA is a partially miscible blend. Gravimetric sorption tests revealed a higher sorption of diluents in polymers after adding ethanol as co-solvent with CO2, resulted from a stronger affinity between the polymers and the CO2/etOH mixture. Gas permeation tests showed a maximum pore size smaller than 10 micrometers, which is considered as an upper limit in the definition of microfiltration membranes. However, when compared to commercial membranes, the samples showed a considerably lower water permeation. With respect to the samples morphology, SEM images of the flat film samples revealed a cross section formed by a porous central region with micrometric interconnected pores, while the skin layers were composed of dense and foamed regions. / O presente trabalho teve por objetivo a preparação de membranas porosas da blenda PC/PMMA por meio da técnica de espumação em etapa única, com o agente físico de expansão (AFE) dióxido de carbono (CO2) modificado com cossolvente etanol (etOH), visando sua aplicação em processos de microfiltração. Inicialmente procedeu-se com amostras no formatos de fibras ocas, sendo utilizadas como variáveis de processo a composição da blenda, a temperatura do sistema de espumação e o teor de cossolvente. Determinou-se que os parâmetros composição da blenda PC/PMMA 60/40, temperatura de 40°C e o teor 10% de etanol em relação molar ao CO2 forneceram a morfologia mais próxima à necessária para viabilizar a aplicação das fibras como membranas de separação. No entanto, o acentuado inchamento da parede da fibra decorrente do processo de espumação ocasionou uma considerável redução de seu diâmetro interno, o que inviabilizaria sua utilização em processos de separação, sendo necessário alterar a geometria de fibra oca para geometria de filme plano. Determinou-se por DSC que esta blenda é parcialmente míscivel. Ensaios gravimétricos mostraram que a blenda e os homopolímeros PC e PMMA apresentaram maior capacidade de sorção quando submetidos a ensaios na presença da mistura CO2/etOH, frente à utilização do CO2 puro, evidenciando o aumento de afinidade entre os polímeros e o CO2 causado pelo etOH. Ensaios de permeação de gás permitiram constatar que as amostras apresentaram tamanho máximo de poro inferior a 10 μm, que considera-se como o limite superior na definição de membranas aplicadas em processos de microfiltração. Frente às membranas comerciais, as amostras apresentaram permeação de água consideravelmente baixas. Com respeito à morfologia, foi observado que as amostras no formato de filmes planos apresentaram seção transversal formada por uma região central altamente espumada com poros micrométricos interconectados, e uma fina pele superficial, a qual é composta por regiões densas e espumadas.

A reação de hidrodescloração catalítica (HDC) de bifenilas policloradas (PCB) foi estudada em diversos sistemas reacionais: solventes orgânicos, dióxido de carbono supercrítico, presença e natureza de aditivos (bases e co-solventes) a temperaturas na faixa de 25 °C a 100 °C e pressões de 1 bar até 250 bar. Os reagentes utilizados foram um composto modelo (2,4- diclorobifenil), misturas comerciais de PCB (Aroclor, Ascarel) e outros compostos halogenados (clorobenzenos e bromoclorobenzeno). Os catalisadores avaliados, paládio suportado em carvão ativo (Pd/C), paládio suportado em sílica mesoporosa (Pd/SiO2), nanopartículas ferromagnéticas de paládio (FFSiNH2Pd), e nanopartículas ocas de paládio (PdNP) e de platina (PtNP), mostraram-se versáteis nas mais diversas condições, quer sejam condições supercríticas, presença ou não de água, presença e natureza da base e diferentes doadores de hidrogênio. Em dióxido de carbono, dois regimes reacionais foram avaliados: dióxido de carbono subcrítico, onde o gás atua como agente expansor da fase líquida ao se dissolver nela permitindo que a reação ocorra em uma fase líquida rica em gás hidrogênio; e dióxido de carbono supercrítico, sistema onde a temperatura influencia fortemente a reação e a pressão tende a ter efeito negativo sobre a velocidade de reação, devido a efeitos de diluição e de competição das moléculas do gás com as moléculas dos reagentes. A condição reacional ótima foi determinada para o regime supercrítico e dados cinéticos foram obtidos para os regimes sub- e supercrítico. / The catalytic hydrodechlorination reaction (HDC) of polychlorinated biphenyls (PCB) was studied in several reactional systems: organic solvents, supercritical carbon dioxide, presence and nature of additives (bases and co-solvents), in temperatures of 25 °C to 100 °C and pressures of 1 bar to 250 bar. The reagents used were: a model compound, 2,4-dichlorobiphenyl, commercial mixtures of PCB (Aroclor, Ascarel) and other halogenated compounds (chlorobenzenes and bromochlorobenzene). The catalysts evaluated, palladium supported in activated carbon (Pd/C), palladium supported in mesoporous silica (Pd/SiO2), palladium ferromagnetic nanoparticles (FFSiNH2Pd), and hollow palladium ((PdNP) and platinum (PtNP) nanoparticles, showed to be versatile in several conditions, either supercritical conditions, presence or not of water, nature of the base, and different hydrogen donors. In carbon dioxide, two reaction regimes were evaluated: subcritical carbon dioxide, where the gas acts as an expansion agent of the liquid phase when it dissolves in it, allowing that the reaction happens in a liquid phase rich in hydrogen; and supercritical carbon dioxide, a system where the temperature has a strong influence over the reaction and the pressure has a negative effect on the rate of the reaction, due to dilution and the competition of gas molecules with the reagents molecules for the catalyst. The optimal reaction condition was determined for the supercritical regime and kinetic data were obtained for both the sub and supercritical regimes.

Materiais poliméricos têm sido explorados para o encapsulamento e liberação controlada de moléculas e o CO2-sc é um dos solventes alternativos de maior interesse da indústria farmacêutica para tal, por não deixar resíduos no produto final. Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados polímeros do tipo \"core-shell\" tendo como \"core\" poligliceróis hiperramificados, sintetizados via abertura de anel glicidol, iniciados por três diferentes polióis e possuindo dois tipos de \"shell\" contendo grupos acetila, potencialmente compatíveis com CO2-sc. Também foi sintetizada β-Ciclodextrina peracetilada (TA-β-CD) que foi utilizada como molécula encapsulante modelo, por também ser um tipo de poliéter, ser reconhecida pela sua capacidade encapsulante, por ser uma ciclodextrina, e ser solúvel no CO2-sc. O Ibuprofeno foi o fármaco utilizado como modelo de molécula encapsulada, por ser solúvel em CO2-sc e possuir logP intermediário. O primeiro grupo de polímeros foram os poligliceróis peracetilados (PGH-Acs), que possuiam grupos acetilas como \"shell\". O estudo de seu comportamento em CO2-denso (CO2-sc e CO2 líquido próximo ao ponto crítico), pré-requisito para o encapsulamento neste meio, foi avaliado através de experimentos de expansão volumétrica e/ou solubilidade e determinação de pontos de névoa. Estes materiais apresentaram solubilidade total ou parcial, solubilizaram o CO2 e apresentaram expansão volumétrica em sua presença. A incorporação de Ibuprofeno foi realizada com sucesso, alcançando teores pouco maiores do que o apresentado para a TA-β-CD, e se mostrou associada aos valores de temperatura de transição vítrea (Tg) dos polímeros, sendo que a caracterização dos materiais encapsulados sugere que a molécula do fármaco interage preferencialmente com os grupos acetila dos materiais. Os dados do estudo de liberação das moléculas de Ibuprofeno dos materiais encapsulantes foi modelado principalmente segundo o modelo de Weibull e mostrou que ela foi prolongada, para os PGH-Acs, numa escala de horas e que foi menos lenta quanto mais hidrofílico o polímero, enquanto a liberação apresentada pela TA-&#946-CD foi imediata. Com o propósito de alcançar maiores teores de encapsulamento e liberações mais prolongadas, o segundo grupo de polímeros, com maior massa molar foi proposto. Este grupo foram os polímeros estrela PGH-PVAcs, contendo os mesmos cores dos polímeros anteriores, porém possuindo como \"shell\" cadeias lineares de poliacetato de vinila, sintetizadas via polimerização por Transferência Reversível de Cadeia por Adição-Fragmentação (RAFT). Os PGH-PVAcs solubilizaram o CO2 e apresentaram expansão, mas não foram solúveis neste solvente. A comparação do comportamento de todos os materiais estudados mostrou que a presença de grupos acetila é determinante para a sua CO2-filicidade, devido a interações específicas do tipo ácido-base de Lewis. Para os PGH-PVAcs, também houve encapsulamento do Ibuprofeno, os seus teores atingiram valores seis vezes maior do que os obtidos pelos PGH-Acs e também apresentaram associação com os valores de Tg dos polímeros. A liberação a partir deste materiais também foi prolongada, mas agora numa escala de dias e/ou meses. Os materiais obtidos se mostraram CO2-fílicos e capazes de encapsular Ibuprofeno em CO2-sc, sendo que o seu comportamento em CO2 denso, sua capacidade encapsulante e suas características de liberação podem ser modulados pela composição de sua estrutura \"core-shell\". / Polymeric materials have been explored for encapsulation and controlled release of molecules and sc-CO2 is one of the alternative solvents with most interest for the pharmaceutical industry for this purpose, for it does not leave traces at the final product. In this work, core-shell type polymers were synthesized and characterized. The polymers had hyperbranched polyglycerols initiated by three different polyols and synthesized through ring opening polymerization of glicidol, as cores; and had two diferente types of shells, bearing acetyl groups, potentially compatible with sc-CO2. Also Peracetilated β-Cyclodextrin (TA-β-CD) was synthesized, to be used as the model encapsulating material, because it is also a kind of polyether, is known for its encapsulating capacity, for being a cyclodextrin, and is soluble in sc-CO2. The Ibuprofen was the model drug chosen for the encapsualtion because it is soluble in sc-CO2 and has an intermediary logP. The first group of polymers were the peracetilated polyglycerols (PGH-Acs), bearing acethyl groups as their \"shell\". The behavior of those materials in dense CO2 (sc-CO2 and liquid CO2), pre-requisite for the encapsulation using this media, was evaluated through experiments of volumetric expansion and/or solubility and determination of cloud points. These materials presented solubility (total or partial), solubilized the CO2 and presented expansion in its presence. The incorporation of Ibuprofen was successfully performed, reaching levels slightly higher than the one presented by the TA-β-CD, and it showed to be associated with the values of the glass transition temperature (Tg) of the polymers; the characterization of the encapsulated materials suggests that the molecule of the drug interacts preferentially with the acetyl groups of the materials. The data of the release study of the Ibuprofen molecules from the encapsulating materials was modelled mainly through the Weibull model and showed, for the PGH-Acs materials, that the release was prolonged for a time scale of hours and was faster as the hydrophilicity of the polymers increases, while the release of Ibuprofeno from the TA-β-CD was immediate. Aiming to reach higher levels of encapsulation and also more prolonged releases, a second group of core-shell polymers, with a higher molar mass was proposed. This group was the one of the star polymers PGH-PVAc, having the same cores as the other polymers, but bearing as shell, linear chains of polyvinyl acetate, synthesized via Reversible Addition-Fragmentation Transfer (RAFT) Polymerization. The PGH-PVAc presented expansion, solubilized the solvent, but where not soluble in it. The comparison of the behavior of all studied materials showed that the presence of the acetyl groups is determinant for their CO2 -philicity and this because these groups and CO2 show specific interactions of the Lewis acid-base type. For the PGH-PVAcs the incorporation of Ibuprofen was also successfully performed and their levels reached six times higher than the ones obtained for the PGH-Acs and also presented association with the values of the Tg of the polymers. The release from these materials are also prolonged, but now in a time scale of days/months. The obtained materials have shown to be CO2-philic and able to encapsulate Ibuprofen in CO2-sc media. Their behavior in dense CO2, their encapsulation ability and the characteristics of the release can be modulated through the composition of their core-shell structure.

O dióxido de carbono no estado supercrítico (CO2-SC) tem despertado considerável interesse nos últimos anos como um novo solvente para reações orgânicas. Nesta tese foi investigada a influência do uso de CO2 supercrítico, associado ou não a líquidos iônicos ou cossolventes, como solvente em reações químicas visando à obtenção de precursores quirais. Foram estudadas as reações de condensação Aldólica, de Morita-Baylis-Hillman (MBH) e do tipo adição de Michael, empregando Organocatálise quando conveniente, isto é, catalisadores provenientes de aminoácidos e ácidos carboxílicos. As reações de MBH foram otimizadas através de um planejamento experimental e sua condição ótima se deu a 70°C, 110 bar, com 6 equivalentes de H2O, tempo reacional de 2h30 min e sem a presença de liquido iônico, tendo um rendimento de 84,6%. Para as condensações aldólicas os melhores resultados com acetona e p-nitrobenzaldeido como materiais de partida foram obtidos a 150 bar e 40°C, com a presença de liquido iônico, em 2 horas de tempo reacional com um rendimento de 54,0% e um excesso enantiomérico de 79,0% utilizando o catalisador (2S,4R)-4-(terc-butildimetilsililoxi)pirrolidina-2-ácido carboxílico. Com ciclohexanona como material de partida foram obtidos a 150 bar e 40°C com a presença de um doador de prótons (resina de troca iônica) em 2 horas de tempo reacional com um rendimento de 70,9% e um excesso enantiomérico de 91,2%, utilizando o catalisador (2S,4R)-4-(terc-butildimetilsililoxi)pirrolidina-2-ácido carboxílico. Outros aldeídos e cetonas utilizados como materiais de partida apresentaram rendimentos menores. Estudos de comportamento de fases foram feitos para os materiais de partida, catalisadores e produtos da reação de condensação Aldólica. Os melhores rendimentos foram obtidos em situações em que os materiais de partida e os catalisadores eram solúveis na fase supercrítica, mas os produtos não, formando uma segunda fase. / Supercritical carbon dioxide (sc-CO2) has attracted considerable interest in the last years as a new solvent for organic reactions. In this thesis, the influence of supercritical CO2 use, associated or not to ionic liquids or cosolvents, as a solvent for chemical reactions aiming at the synthesis of chiral precursors was studied. Aldol condensation, Morita-Baylis-Hillman (MBH) and Michael addition reactions were studied, employing organocatalysis when it was convenient, i.e., catalysts derived from aminoacids or carboxylic acids. MBH reactions were optimized through experimental design, resulting in a maximum yield of 84.6% for the optimal condition at 70°C, 110 bar, and 6 equivalents of H2O, reaction time of 2h30 min and the absence of ionic liquids. For the Aldol condensation reactions employing acetone and p-nitrobenzaldehyde, a maximum yield of 54.0%, with an enantiomeric excess of 79.0% was obtained at 150 bar, 40°C, 2h reaction time, in the presence of ionic liquid, using the catalyst (2S,4R)-4-(terc-butyldimethylsililoxy)pirrolidine-2-carboxylic acid. The yields were significantly lower for other aldehydes and ketones. Yields for Michael addition reactions were very low and their study was discontinued. Phase behavior studies were performed with starting materials, catalysts and products for the Aldol condensation reactions. The best yields were obtained for situations where the starting materials and catalysts were soluble in the supercritical phase and the products were not, forming a second phase.

Materiais poliméricos têm sido explorados para o encapsulamento e liberação controlada de moléculas e o CO2-sc é um dos solventes alternativos de maior interesse da indústria farmacêutica para tal, por não deixar resíduos no produto final. Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados polímeros do tipo \"core-shell\" tendo como \"core\" poligliceróis hiperramificados, sintetizados via abertura de anel glicidol, iniciados por três diferentes polióis e possuindo dois tipos de \"shell\" contendo grupos acetila, potencialmente compatíveis com CO2-sc. Também foi sintetizada β-Ciclodextrina peracetilada (TA-β-CD) que foi utilizada como molécula encapsulante modelo, por também ser um tipo de poliéter, ser reconhecida pela sua capacidade encapsulante, por ser uma ciclodextrina, e ser solúvel no CO2-sc. O Ibuprofeno foi o fármaco utilizado como modelo de molécula encapsulada, por ser solúvel em CO2-sc e possuir logP intermediário. O primeiro grupo de polímeros foram os poligliceróis peracetilados (PGH-Acs), que possuiam grupos acetilas como \"shell\". O estudo de seu comportamento em CO2-denso (CO2-sc e CO2 líquido próximo ao ponto crítico), pré-requisito para o encapsulamento neste meio, foi avaliado através de experimentos de expansão volumétrica e/ou solubilidade e determinação de pontos de névoa. Estes materiais apresentaram solubilidade total ou parcial, solubilizaram o CO2 e apresentaram expansão volumétrica em sua presença. A incorporação de Ibuprofeno foi realizada com sucesso, alcançando teores pouco maiores do que o apresentado para a TA-β-CD, e se mostrou associada aos valores de temperatura de transição vítrea (Tg) dos polímeros, sendo que a caracterização dos materiais encapsulados sugere que a molécula do fármaco interage preferencialmente com os grupos acetila dos materiais. Os dados do estudo de liberação das moléculas de Ibuprofeno dos materiais encapsulantes foi modelado principalmente segundo o modelo de Weibull e mostrou que ela foi prolongada, para os PGH-Acs, numa escala de horas e que foi menos lenta quanto mais hidrofílico o polímero, enquanto a liberação apresentada pela TA-&#946-CD foi imediata. Com o propósito de alcançar maiores teores de encapsulamento e liberações mais prolongadas, o segundo grupo de polímeros, com maior massa molar foi proposto. Este grupo foram os polímeros estrela PGH-PVAcs, contendo os mesmos cores dos polímeros anteriores, porém possuindo como \"shell\" cadeias lineares de poliacetato de vinila, sintetizadas via polimerização por Transferência Reversível de Cadeia por Adição-Fragmentação (RAFT). Os PGH-PVAcs solubilizaram o CO2 e apresentaram expansão, mas não foram solúveis neste solvente. A comparação do comportamento de todos os materiais estudados mostrou que a presença de grupos acetila é determinante para a sua CO2-filicidade, devido a interações específicas do tipo ácido-base de Lewis. Para os PGH-PVAcs, também houve encapsulamento do Ibuprofeno, os seus teores atingiram valores seis vezes maior do que os obtidos pelos PGH-Acs e também apresentaram associação com os valores de Tg dos polímeros. A liberação a partir deste materiais também foi prolongada, mas agora numa escala de dias e/ou meses. Os materiais obtidos se mostraram CO2-fílicos e capazes de encapsular Ibuprofeno em CO2-sc, sendo que o seu comportamento em CO2 denso, sua capacidade encapsulante e suas características de liberação podem ser modulados pela composição de sua estrutura \"core-shell\". / Polymeric materials have been explored for encapsulation and controlled release of molecules and sc-CO2 is one of the alternative solvents with most interest for the pharmaceutical industry for this purpose, for it does not leave traces at the final product. In this work, core-shell type polymers were synthesized and characterized. The polymers had hyperbranched polyglycerols initiated by three different polyols and synthesized through ring opening polymerization of glicidol, as cores; and had two diferente types of shells, bearing acetyl groups, potentially compatible with sc-CO2. Also Peracetilated β-Cyclodextrin (TA-β-CD) was synthesized, to be used as the model encapsulating material, because it is also a kind of polyether, is known for its encapsulating capacity, for being a cyclodextrin, and is soluble in sc-CO2. The Ibuprofen was the model drug chosen for the encapsualtion because it is soluble in sc-CO2 and has an intermediary logP. The first group of polymers were the peracetilated polyglycerols (PGH-Acs), bearing acethyl groups as their \"shell\". The behavior of those materials in dense CO2 (sc-CO2 and liquid CO2), pre-requisite for the encapsulation using this media, was evaluated through experiments of volumetric expansion and/or solubility and determination of cloud points. These materials presented solubility (total or partial), solubilized the CO2 and presented expansion in its presence. The incorporation of Ibuprofen was successfully performed, reaching levels slightly higher than the one presented by the TA-β-CD, and it showed to be associated with the values of the glass transition temperature (Tg) of the polymers; the characterization of the encapsulated materials suggests that the molecule of the drug interacts preferentially with the acetyl groups of the materials. The data of the release study of the Ibuprofen molecules from the encapsulating materials was modelled mainly through the Weibull model and showed, for the PGH-Acs materials, that the release was prolonged for a time scale of hours and was faster as the hydrophilicity of the polymers increases, while the release of Ibuprofeno from the TA-β-CD was immediate. Aiming to reach higher levels of encapsulation and also more prolonged releases, a second group of core-shell polymers, with a higher molar mass was proposed. This group was the one of the star polymers PGH-PVAc, having the same cores as the other polymers, but bearing as shell, linear chains of polyvinyl acetate, synthesized via Reversible Addition-Fragmentation Transfer (RAFT) Polymerization. The PGH-PVAc presented expansion, solubilized the solvent, but where not soluble in it. The comparison of the behavior of all studied materials showed that the presence of the acetyl groups is determinant for their CO2 -philicity and this because these groups and CO2 show specific interactions of the Lewis acid-base type. For the PGH-PVAcs the incorporation of Ibuprofen was also successfully performed and their levels reached six times higher than the ones obtained for the PGH-Acs and also presented association with the values of the Tg of the polymers. The release from these materials are also prolonged, but now in a time scale of days/months. The obtained materials have shown to be CO2-philic and able to encapsulate Ibuprofen in CO2-sc media. Their behavior in dense CO2, their encapsulation ability and the characteristics of the release can be modulated through the composition of their core-shell structure.

O dióxido de carbono no estado supercrítico (CO2-SC) tem despertado considerável interesse nos últimos anos como um novo solvente para reações orgânicas. Nesta tese foi investigada a influência do uso de CO2 supercrítico, associado ou não a líquidos iônicos ou cossolventes, como solvente em reações químicas visando à obtenção de precursores quirais. Foram estudadas as reações de condensação Aldólica, de Morita-Baylis-Hillman (MBH) e do tipo adição de Michael, empregando Organocatálise quando conveniente, isto é, catalisadores provenientes de aminoácidos e ácidos carboxílicos. As reações de MBH foram otimizadas através de um planejamento experimental e sua condição ótima se deu a 70°C, 110 bar, com 6 equivalentes de H2O, tempo reacional de 2h30 min e sem a presença de liquido iônico, tendo um rendimento de 84,6%. Para as condensações aldólicas os melhores resultados com acetona e p-nitrobenzaldeido como materiais de partida foram obtidos a 150 bar e 40°C, com a presença de liquido iônico, em 2 horas de tempo reacional com um rendimento de 54,0% e um excesso enantiomérico de 79,0% utilizando o catalisador (2S,4R)-4-(terc-butildimetilsililoxi)pirrolidina-2-ácido carboxílico. Com ciclohexanona como material de partida foram obtidos a 150 bar e 40°C com a presença de um doador de prótons (resina de troca iônica) em 2 horas de tempo reacional com um rendimento de 70,9% e um excesso enantiomérico de 91,2%, utilizando o catalisador (2S,4R)-4-(terc-butildimetilsililoxi)pirrolidina-2-ácido carboxílico. Outros aldeídos e cetonas utilizados como materiais de partida apresentaram rendimentos menores. Estudos de comportamento de fases foram feitos para os materiais de partida, catalisadores e produtos da reação de condensação Aldólica. Os melhores rendimentos foram obtidos em situações em que os materiais de partida e os catalisadores eram solúveis na fase supercrítica, mas os produtos não, formando uma segunda fase. / Supercritical carbon dioxide (sc-CO2) has attracted considerable interest in the last years as a new solvent for organic reactions. In this thesis, the influence of supercritical CO2 use, associated or not to ionic liquids or cosolvents, as a solvent for chemical reactions aiming at the synthesis of chiral precursors was studied. Aldol condensation, Morita-Baylis-Hillman (MBH) and Michael addition reactions were studied, employing organocatalysis when it was convenient, i.e., catalysts derived from aminoacids or carboxylic acids. MBH reactions were optimized through experimental design, resulting in a maximum yield of 84.6% for the optimal condition at 70°C, 110 bar, and 6 equivalents of H2O, reaction time of 2h30 min and the absence of ionic liquids. For the Aldol condensation reactions employing acetone and p-nitrobenzaldehyde, a maximum yield of 54.0%, with an enantiomeric excess of 79.0% was obtained at 150 bar, 40°C, 2h reaction time, in the presence of ionic liquid, using the catalyst (2S,4R)-4-(terc-butyldimethylsililoxy)pirrolidine-2-carboxylic acid. The yields were significantly lower for other aldehydes and ketones. Yields for Michael addition reactions were very low and their study was discontinued. Phase behavior studies were performed with starting materials, catalysts and products for the Aldol condensation reactions. The best yields were obtained for situations where the starting materials and catalysts were soluble in the supercritical phase and the products were not, forming a second phase.