Nucleic acid analysis is one of the most important disease diagnostic approaches in medical practice, and has been commonly used in cancer biomarker detection, bacterial speciation and many other fields in laboratory. Currently, the application of powerful research methods for genetic analysis, including the polymerase chain reaction (PCR), DNA sequencing, and gene expression profiling using fluorescence microarrays, are not widely used in hospitals and extended-care units due to high-cost, long detection times, and extensive sample preparation. Bioassays, especially chip-based electrochemical sensors, may be suitable for the next generation of rapid, sensitive, and multiplexed detection tools. Herein, we report three different microelectrode platforms with capabilities enabled by nano- and microtechnology: nanoelectrode ensembles (NEEs), nanostructured microelectrodes (NMEs), and hierarchical nanostructured microelectrodes (HNMEs), all of which are able to directly detect unpurified RNA in clinical samples without enzymatic amplification. Biomarkers that are cancer and infectious disease relevant to clinical medicine were chosen to be the targets. Markers were successfully detected with clinically-relevant sensitivity. Using peptide nucleic acids (PNAs) as probes and an electrocatalytic reporter system, NEEs were able to detect prostate cancer-related gene fusions in tumor tissue samples with 100 ng of RNA. The development of NMEs improved the sensitivity of the assay further to 10 aM of DNA target, and multiplexed detection of RNA sequences of different prostate cancer-related gene fusion types was achieved on the chip-based NMEs platform. An HNMEs chip integrated with a bacterial lysis device was able to detect as few as 25 cfu bacteria in 30 minutes and monitor the detection in real time. Bacterial detection could also be performed in neat urine samples. The development of these versatile clinical diagnostic tools could be extended to the detection of various cancers, genetic, and infectious diseases.

Nucleic acid analysis is one of the most important disease diagnostic approaches in medical practice, and has been commonly used in cancer biomarker detection, bacterial speciation and many other fields in laboratory. Currently, the application of powerful research methods for genetic analysis, including the polymerase chain reaction (PCR), DNA sequencing, and gene expression profiling using fluorescence microarrays, are not widely used in hospitals and extended-care units due to high-cost, long detection times, and extensive sample preparation. Bioassays, especially chip-based electrochemical sensors, may be suitable for the next generation of rapid, sensitive, and multiplexed detection tools. Herein, we report three different microelectrode platforms with capabilities enabled by nano- and microtechnology: nanoelectrode ensembles (NEEs), nanostructured microelectrodes (NMEs), and hierarchical nanostructured microelectrodes (HNMEs), all of which are able to directly detect unpurified RNA in clinical samples without enzymatic amplification. Biomarkers that are cancer and infectious disease relevant to clinical medicine were chosen to be the targets. Markers were successfully detected with clinically-relevant sensitivity. Using peptide nucleic acids (PNAs) as probes and an electrocatalytic reporter system, NEEs were able to detect prostate cancer-related gene fusions in tumor tissue samples with 100 ng of RNA. The development of NMEs improved the sensitivity of the assay further to 10 aM of DNA target, and multiplexed detection of RNA sequences of different prostate cancer-related gene fusion types was achieved on the chip-based NMEs platform. An HNMEs chip integrated with a bacterial lysis device was able to detect as few as 25 cfu bacteria in 30 minutes and monitor the detection in real time. Bacterial detection could also be performed in neat urine samples. The development of these versatile clinical diagnostic tools could be extended to the detection of various cancers, genetic, and infectious diseases.

Através de polarização potenciostática de eletrodos de ouro policristalino em vários potenciais de polarização, 1,8,...., 2,4 V, ERH, por tempos de ate 72 h, em meios ácido e alcalino, conduz a formação de quatro estados do Óxido, OC1, OC2, OC3 e OC4, distinguíveis, durante o processo de redução pela técnica de voltametria cíclica. O estado quase-bidimensional (OC1) tende a um limite de duas monocamadas, em meio ácido, e penas uma em meio básico, de AuOads, enquanto, o filme espesso (OC2, OC3 e OC4, Au2O3) não atinge qualquer limite de crescimento. Os diagramas de carga catódica total (que mede o crescimento do filme de Óxido) vs log tempo de polarização revelam duas regiões lineares: (a) lenta, abaixa de 1 mC cm-2, (b) rápida, acima de 1 mC cm-2. Este comportamento é atribuído a um novo mecanismo de crescimento do óxido. Durante o crescimento do filme de óxido em altos potenciais anódicos, passando pelo vários estágios identificáveis por voltametria cíclica, pequenas mas significantes mudanças ocorrem na cinética de geração de O2. Os diagramas de Tafel revelam duas regiões lineares para a reação de geração de oxigênio, R.G.O., em meios ácido e alcalino. O mecanismo da R.G.O. é preliminarmente discutido. Finalmente, estudos dos filmes espesso de óxido de ouro foram realizados in situ por elipsometria espectroscópica. Os espectros do filme de óxido na faixa de comprimento de onda entre 300 e 800 nm, nos vários estágios de crescimento foram obtidos. Está mostrado que, ambos, a espessura do filme e o espectro ótico podem ser calculados em cada estágio durante o crescimento do óxido assumindo a existência de um filme fino altamente absorvente, adjacente à superfície do metal, e no topo deste um segundo filme que se assemelha mais a uma forma hidratada do \"Au2O3\". Este último filme atinge espessuras da ordem de várias centenas de A, quando polarizado por até 72 h. / Potentiostatic polarization of polycrystalline Au electrodes at various polarization potentials, 1.8, ..., 2.4 V, RHE, for polarization times up to 72h, in acid and basic solutions, leads to formation of four oxide states, OC1, OC2, OC3 and OC4, distinguished, in reduction, using linear-sweep voltammetry. The quasi-2d state (OC1) tends to the limit of two monolayers in acid solution and one monolayer in basic solution of AuOads, while the quasi-3d state (OC2-OC4, Au2O3) does not reach any limit in its extent. The cathodic total charge log polarization time plots reveal two linear regions: (a) slow, up to 1 mC cm-2, and (b) fast, beyond 1 mC cm-2. This behavior is attributed to a new oxide growth mechanism. During growth of the oxide film at high anodic potentials through the various stages identifiable in cyclic voltammetry, small but significant changes in the kinetics of O2, evolution arise. Tafel slopes for the oxygen evolution reaction, OER, reveal two linear region in acid and alkaline medium. The mechanism of the OER is preliminarily discussed. Finally, studies of the thick anodic oxide films on Au is done in situ by spectroscopic ellipsometry. The spectrum of the oxide film in the wavelength range 300 to 800 nm, at various stages of film growth is obtained. It is shown that both film thickness and optical spectrum can be solved at each stage in oxide growth assuming a highly absorbing thin film adjacent to the metal surface, and, on the top of it, a second film, which is most probably a hydrous form of \"Au2O3\". The latter film reaches thicknesses of severa1 hundreds A&#177 up to 72h of anodization.

Através de polarização potenciostática de eletrodos de ouro policristalino em vários potenciais de polarização, 1,8,...., 2,4 V, ERH, por tempos de ate 72 h, em meios ácido e alcalino, conduz a formação de quatro estados do Óxido, OC1, OC2, OC3 e OC4, distinguíveis, durante o processo de redução pela técnica de voltametria cíclica. O estado quase-bidimensional (OC1) tende a um limite de duas monocamadas, em meio ácido, e penas uma em meio básico, de AuOads, enquanto, o filme espesso (OC2, OC3 e OC4, Au2O3) não atinge qualquer limite de crescimento. Os diagramas de carga catódica total (que mede o crescimento do filme de Óxido) vs log tempo de polarização revelam duas regiões lineares: (a) lenta, abaixa de 1 mC cm-2, (b) rápida, acima de 1 mC cm-2. Este comportamento é atribuído a um novo mecanismo de crescimento do óxido. Durante o crescimento do filme de óxido em altos potenciais anódicos, passando pelo vários estágios identificáveis por voltametria cíclica, pequenas mas significantes mudanças ocorrem na cinética de geração de O2. Os diagramas de Tafel revelam duas regiões lineares para a reação de geração de oxigênio, R.G.O., em meios ácido e alcalino. O mecanismo da R.G.O. é preliminarmente discutido. Finalmente, estudos dos filmes espesso de óxido de ouro foram realizados in situ por elipsometria espectroscópica. Os espectros do filme de óxido na faixa de comprimento de onda entre 300 e 800 nm, nos vários estágios de crescimento foram obtidos. Está mostrado que, ambos, a espessura do filme e o espectro ótico podem ser calculados em cada estágio durante o crescimento do óxido assumindo a existência de um filme fino altamente absorvente, adjacente à superfície do metal, e no topo deste um segundo filme que se assemelha mais a uma forma hidratada do \"Au2O3\". Este último filme atinge espessuras da ordem de várias centenas de A, quando polarizado por até 72 h. / Potentiostatic polarization of polycrystalline Au electrodes at various polarization potentials, 1.8, ..., 2.4 V, RHE, for polarization times up to 72h, in acid and basic solutions, leads to formation of four oxide states, OC1, OC2, OC3 and OC4, distinguished, in reduction, using linear-sweep voltammetry. The quasi-2d state (OC1) tends to the limit of two monolayers in acid solution and one monolayer in basic solution of AuOads, while the quasi-3d state (OC2-OC4, Au2O3) does not reach any limit in its extent. The cathodic total charge log polarization time plots reveal two linear regions: (a) slow, up to 1 mC cm-2, and (b) fast, beyond 1 mC cm-2. This behavior is attributed to a new oxide growth mechanism. During growth of the oxide film at high anodic potentials through the various stages identifiable in cyclic voltammetry, small but significant changes in the kinetics of O2, evolution arise. Tafel slopes for the oxygen evolution reaction, OER, reveal two linear region in acid and alkaline medium. The mechanism of the OER is preliminarily discussed. Finally, studies of the thick anodic oxide films on Au is done in situ by spectroscopic ellipsometry. The spectrum of the oxide film in the wavelength range 300 to 800 nm, at various stages of film growth is obtained. It is shown that both film thickness and optical spectrum can be solved at each stage in oxide growth assuming a highly absorbing thin film adjacent to the metal surface, and, on the top of it, a second film, which is most probably a hydrous form of \"Au2O3\". The latter film reaches thicknesses of severa1 hundreds A&#177 up to 72h of anodization.

Orientadores: Susanne Rath, Jarbas Jose Rodrigues Rohwedder / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-09T10:51:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Winter_Eduardo_D.pdf: 3366512 bytes, checksum: 6c8baea3dd6502c19761ad449683bb95 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Muitas doenças neurodegenerativas são associadas com disfunções de neurotransmissores, em particular catecolaminas, no cérebro. Numerosas pesquisas têm indicado que íons metálicos podem induzir estresse oxidativo - dependente da neurodegeneração de dopamina e são responsáveis pelo aparecimento de doenças neurodegenerativas. Em estudos prévios foi verificado que alguns carboxilatos diminuem a velocidade de oxidação de catecolaminas e inibem a passivação de eletrodos sólidos durante a análise voltamétrica destes compostos fenólicos. Este trabalho teve por objetivo estudar a influência de carboxilatos (EDTA, NTA, EGTA, DTPA, acetato, citrato e oxalato) e íons metálicos (Ce(IV), Fe(III) e Hg(II)) durante a oxidação de neurotransmissores (dopamina, serotonina, epinefrina, norepinefrina e L-dopa) no intuito de estabelecer mecanismos de reações que possam contribuir no esclarecimento do papel destes compostos no processo de degeneração dos neurotransmissores, assim como compreender como os carboxilatos inibem o envenenamento do eletrodo durante a varredura de potencial. Para eses propósitos foram empregadas as técnicas de espectrofotometria, voltametria e espectroeletroquímica. A cela espectroeletroquímica de camada delgada desenvolvida incorporou um sistema de três eletrodos, sendo o eletrodo de trabalho uma minigrade de Pt. O sistema foi caracterizado usando o-tolidina e K4[Fe(CN)6]/ K3[Fe(CN)6] e permitiu o monitoramento das reações in situ. Os resultados obtidos mostraram que os carboxilatos desprotonados interagem com os produtos intermediários formados durante a oxidação das catecolaminas por meio de ligações de hidrogênio, sendo estas interações dependentes do pH do meio, estruturas do carboxilato e do próprio neurotransmissor. Foi proposto um mecanismo eletroquímico para a oxidação de aminas biogênicas na presença de carboxilatos no eletrodo de platina. A estabilização dos produtos intermediários formados inibe a formação de compostos poliméricos que são responsáveis pelo envenenamento do eletrodo. Do mesmo modo, os carboxilatos retardam ou inibem a oxidação química de algumas aminas biogênicas por íons metálicos / Abstract: Several neurological disorders are associated with improper catechoalmine regulation in the brain. Numerous researches have indicated that metallic ions can induce oxidative stress-dependent neurodegeneration of dopamine, and are responsible for the induction of neurodegenerative diseases. In previous work was verified that some carboxylates diminishes the oxidation rate of catecholamines and inhibit the well known solid state electrode passivation during voltammetric analysis of these phenolic compounds. The aim of this work was to study the influence of carboxylates (EDTA, NTA, EGTA, DTPA, acetate, oxalate and citrate) and metallic ions (Ce(IV), Fe(III) and Hg(II)) during the oxidation of neurotransmitters (dopamine, serotonin, epinephrine, norepinephrine and L-dopa) in order to establish putative reaction mechanism which could contribute to understand the role of these compounds in neurodegenerative processes, as well as comprehend how the carboxylates inhibit the electrode fouling during potential scan. For these purposes, the studies were carried out using spectrophotometric, voltammetric and spectroelectrochemical techniques. The spectroelectrochemical thin layer cell developed incorporated a three electrode system, using a Pt- minigrade as working electrode. The system was characterized employing o-tolidine and K4[Fe(CN)6]/ K3[Fe(CN)6] and allowed monitoring the electrode reactions in situ. The results obtained showed that the deprotonated carboxylates interacts with the intermediates formed at the electrochemical oxidation of catecholamines by hydrogen bonds. These interactions are dependent on the pH of the medium, as well as on the chemical structures of the carboxylates and neurotransmitters itself. An electrochemical mechanism for the oxidation of biogenic amines in the presence of carboxylates at the platinum electrode is proposed. The stabilization of the intermediates formed inhibits the formation of polymeric compounds that are responsible for the electrode fouling. In the same manner, the carbolxylates retards or inhibit the chemical oxidation of some biogenic amines by metallic ions by the same reaction pathway / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

The present work presents electrochemical studies of Baylis-Hillman adducts, that show significant anti-tumoral activity. Electrochemical techniques used were Cyclic Voltammetry, Differential Pulse Voltammetry, Square Wave Voltammetry and Controlled Potential Electrolysis. The reduction behaviour of methyl 2-[p-nitrophenyl(hydroxy) methyl] acrylate (2) in aprotic medium (DMF + TBAP, 0.1 mol L-1) was typical of nitroaromatics, with three reduction waves, the first two related to the reduction of the nitro function. The third wave refers to the reduction of the acrylate group, similarly to the observed behavior of the pattern compound, the 2-[phenyl(hydroxy)methyl] acrylate (1). In protic medium (phosphate buffer, pH 6.9), compound 2 shows one reduction wave related to the generation of the derived hydroxylamine. In alkaline buffer (EtOH + phosphate, DMF + phosphate or EtOH + bicarbonate + NaOH, pH ~9), the electron transfer led to the formation of the stable nitro radical anion. Controlled potential electrolysis, in neutral protic medium, in 4 e-/4H+ process, furnished a dimer, after the nitro group reduction. Electrochemical studies performed on a dsDNA biosensor suggest that one of the targets for the biological action of 2 is the DNA. The DNA damage, verified by the presence of the oxidation peaks of the nucleobases guanine and adenine, is observed only, after the nitro group reduction (pharmacophore) to reactive intermediates, which reinforce the importance of the bioreduction for the biological action. The electrochemical and spectrophotometric studies, in the presence of GSH and GSSG, revealed that the reduction products of the nitro group interact with the endobiotics, in a different way. For phosphate + NaOH, pH 9.4, the addition of GSH to the solution of 2, led to the increase of current intensity for the first reduction wave that turns irreversible. The second reduction wave, relative to the hydroxylamine production, is no more observed in the voltammogram. Due to the acid nature of GSH, together with the inefficient buffering effect of the medium, glutathione acts as a protons donor, leading to a stable nitroso derivative. On the other hand, in bicarbonate + NaOH buffer, the pH is kept and glutathione is present in its dissociated form. Voltammetric changes are minimum, with a slight increase in the reversibility of the process concerning formation of nitro anion radical. At more negative potentials, the wave related to the production of hydroxylamine disappears, showing that GSH interacts with products of posterior reduction of the nitro group. The possible catalysis in the presence of O2 was not evidenced. These electrochemical results help in the understanding of the anticancer activity of 2 that can be considered a hypoxia targeted bioreductive agent with a glutathione depleting function / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho, foram realizados estudos eletroquímicos de compostos que apresentam expressiva atividade antiproliferativa, conhecidos como adutos de Baylis-Hillman. As técnicas utilizadas foram: voltametria cíclica, de pulso diferencial e de onda quadrada e eletrólise a potencial controlado. Os estudos eletroquímicos revelaram um comportamento padrão para o composto nitroaromático 2-[p-nitrofenil(hidroxi)] acrilato de metila (2). Em meio aprótico (DMF + TBAP, 0,1 mol L-1), o composto 2 apresentou três ondas de redução, sendo as duas primeiras referentes à redução do grupo nitro e, assim como no composto padrão não nitrado, 2-[fenil(hidroxi)] acrilato de metila (1), a onda adicional, em potencial mais negativo, relaciona-se à redução do grupo acrilato. Em meio prótico, tampão fosfato pH 6,9, uma única onda catódica relativa à formação da hidroxilamina é observada. Nos estudos em meio aquoso alcalino (EtOH + fosfato, DMF + fosfato ou EtOH + bicarbonato de sódio + NaOH, pH ~ 9), observou-se a formação de intermediário radicalar estável, o ânion radical nitro. Eletrólises em potencial controlado, em meio prótico neutro, levaram à formação e isolamento de um dímero, após redução do grupo nitro, em processo de 4e-/4 H+. Estudos eletroquímicos realizados em biossensor de dsDNA, sugerem que um dos alvos para ação biológica de 2 é o DNA. A lesão ao DNA, refletida pela presença de picos diagnósticos de oxidação das bases guanina e adenina, mensuráveis eletroquimicamente, é observada apenas após redução do grupo nitro (farmacóforo) a intermediários reativos, reforçando a necessidade de biorredução do grupo para posterior atividade biológica. Os estudos eletroquímicos e espectrofotométricos, em presença de GSH e GSSG, revelaram que os produtos de redução do grupo nitro interagem com os endobióticos, de maneira diferente. Para o meio fosfato + NaOH, pH 9,4, a adição de GSH promoveu o aumento na intensidade de corrente para o primeiro processo eletródico, bem como a perda de reversibilidade. Já a segunda onda de redução, relativa à formação da hidroxilamina, não foi observada no voltamograma. De acordo com as funções ácidas da GSH, aliada ao ineficiente efeito tamponante desse meio, a glutationa atua como doador de prótons, favorecendo a formação do derivado nitroso. Por outro lado, em tampão bicarbonato + NaOH, onde se tem um eficiente efeito tamponante e a glutationa se encontra na forma desprotonada, as alterações voltamétricas são mais discretas, com aumento da reversibilidade do processo referente à formação do ânion radical nitro. Em potenciais mais negativos, a onda relativa à geração da hidroxilamina desaparece, o que evidencia a interação de GSH com os produtos de redução estendida do grupo nitro. A possibilidade de catálise, em presença de oxigênio, não foi evidenciada para 2. Os resultados obtidos fornecem subsídios úteis para a compreensão do mecanismo de ação antitumoral de 2, que pode ser considerado um agente biorredutivo, com função adicional seqüestradora de glutationa

A presente tese fornece uma revisão bibliográfica dos trabalhos mais importantes sobre as reduções catódicas e anódicas do grupo carbonila em aldeídos, cetonas, dicetonas, cetonas α, β-insaturadas, cetoácidos, cetoésteres, e ésteres α, &#946 -insaturados. São descritas as sínteses por nós efetuadas de 13 hidroxi e cetoésteres metílicos, a saber: mandelato , 4-carbometoxi, 4-cloro, 4-nitro e 4-metoximandelatos, α-fenil-β-hidroxibutirato, fenilglioxilato, 4-carbometoxi, 4-cloro, 4-nitro e 4-metoxifenilglioxilatos,benzilpiruvato e piruvato. A pureza desses compostos foi testada por meio de espectroscopia no I.V .e R.M.N., cromatografia de gás ou em camada delgada e, em alguns casos, por análise elementar. 4-nitrofenilglioxilato, 4-carbometoxifenilglioxilato e 4-carbometoximandelato, compostos ainda não descritos na literatura, foram caracterizados e analisados. O trabalho fornece as eletrólises, com eletrodos de platina em metanol, de 10 cetoésteres que incluem, além dos acima enumerados, o α -cetobutirato de metila, 4-cetopimelato de etila e o cetomalonato de etila. Os produtos de reação obtidos foram identificados por métodos cromatográficos e espectroscópicos. São apresentadas dois tipos de experiências eletrolíticas: as simples e as que foram acompanhadas em tempos periódicos pela análise cromatográfica, sendo as primeiras, em alguns casos, repetidas, variando-se o tempo da eletrólise. Os resultados obtidos demonstram que são reduzidos aos hidroxiésteres correspondentes os seguintes cetoésteres contendo anel aromático: fenilglioxilato, 4-cloro e 4-carbometoxifenilglioxilatos e benzilpiruvato, como também, os 2 cetoésteres alifáticos -α -cetobutirato e piruvato. Entretanto, verifica-se que tanto 4-nitro e 4-metoxifenilglioxilatos como cetomalonato e 4-cetopimelato não sofrem redução. Estes resultados comparados com os anteriores do nosso laboratório, permitem sugerir a seguinte ordem de velocidade da redução: α -cetovalerato > α-cetobutirato > piruvato > fenilglioxilato) > 4-clorofenilglioxilato > 4-carbometoxifenilglioxilato. São fornecidas provas de que a falta de reatividade de 4-nitrofenilglioxilato e cetomalonato e a diminuição de reatividade de 4-cloro e 4-carbometoxifenilglioxilatos, como também, de piruvato são devidas à existência do equilíbrio cetoéster-semiacetaléster nestes compostos, em metanol. Finalmente, é apresenta.da uma discussão do mecanismo da redução de cetoésteres que justificaria a diminuição de reatividade de fenilglioxilato em relação aos α-cetoésteres alifáticos e a falta de reatividade. de 4-cetopimelato e 4-metoxifenilglioxilatonilglioxilato. / The present work describes the syntheses of some aliphatic and aromatic α-hydroxy - and α-keto-methyl esters and reports the electrolyses of the latter, in methanol, at a platinum cathode Some simple electrolytic experiments, varying the experimental conditions as well as those in which the transformations occurring during the electrolyses were followed by gas chromatography, are described. The reactivities towards cathodic reduction are reported and the following order of the relative rate for the reduction is suggested: α-oxovalerate > α-oxobutyrate > pyruvate> phenylglyoxylate > 4-chlorophenylglyoxylate > 4-methoxycarbonylphenylglyoxylate .No reduction is found to occur with 4-methoxyphenylglyoxylate 4-nitrophenylglyoxylate or 4-oxopymelate .An explanation for these differences in reactivities is suggested on the basis of electronic effects, steric inhibition of coplanarity, and hemiacetal formation

Relata-se um estudo sobre o processo de eletrossorção do n-propanol sobre eletrodos de platina eletrodispersa em soluções de H2SO4 1 N, a diferentes temperaturas (12 a 51 ºC) e potencíais (0,30 a 0,60 V). São abordados os aspectos relacionados com a cinética de adsorção dos possíveis intermediários formados na desidrogenação do n-propanol, bem como a determinação das constantes de velocidade em cada etapa. São apresentadas as energias de ativação do processo de adsorção para graus de cobertura, &#952; = 0 e &#952; &#8800; 0. A adsorção do álcool estudado a potencial controlado na região da dupla camada elétrica, ocorre através da desidrogenação da molécula, seguida pela ionização do hidrogênio adsorvido. A isoterma cinética de adsorção foi obtida a partir dos cronoamperogramas de desidrogenação do álcool e mostra uma variação linear de &#952; com o logaritmo do tempo de adsorção (t), para 0,25 < &#952; < 0,80. Por outro lado, a relação entre E = f (log li), onde li é a máxima corrente não estacionária obtida a t = 0, é linear com coeficiente angular igual a 2,3 (2 RT/F). Esse valor indica que no início da adsorção do n-propanol, apenas um elétron está envolvido no processo. Da mesma maneira que no metanol, supõe-se que a desidrogenação do n-propanol não ocorre através da eliminação simultânea dos dois átomos de hidrogênio ligados no carbono-&#945;, mas por duas etapas consecutivas de desidrogenação: R - CH2 - OH j1&#8594; R - .CH - OH + H+ + e- ( 1 ) R - .CH - OH j2&#8594; R - ..C - OH + H+ + e- ( 2 ) Desse modo, a corrente anódica não estacionária (j), proveniente da ionização do hidrogênio formado na desidrogenação do n-propanol é resultante da soma das correntes j>SUB>1 e j2 produzidas nas reações descritas nas equações (1) e (2). Quando o tempo de adsorção é muito curto, isto é , j2 = 0, a corrente não estacionária é determinada apenas pela adsorção da espécie R-.CH-OH. Considerando esta hipótese e as isotermas de Temkin e Elovich foi obtida uma equação que descreve o grau de cobertura pela espécie R-.CH-OH, (&#952;1) em função do tempo. &#952;1 = - Qmáx B/k2t (1-A-B ln t) + k1/k2 onde Qmáx é a carga máxima de cobertura, k1 e k2 são as constantes de velocidade de adsorção das espécies R-.CH-OH e R-..C-OH, respectivamente, A e B são as constantes da equação de Elovich. A equação precedente permitiu determinar as constantes de velocidade de adsorção k1 e k2. A partir desses valores em diferentes temperaturas foram obtidas as energias de ativação para as reações (1) e (2). Verificou-se que os tempos de máxima cobertura por R.CHOH e de inflexão, obtidos respectivamente de &#952;1= f (log t) e j-1 = f(t), são comparáveis para dada temperatura e potencial. / The kinetics and mechanism of n-propanol adsorption on a platinized platinum electrode was studied in 1 N H2SO4 at several temperatures, by means of the potential pulse method. Between 0.30 V and 0.60 V (RHE), the adsorption occurs via a dehydrogenation of the &#945;-carbon, followed by a rapid ionization of the adsorbed hydrogen atoms. The kinetic isotherms obtained by integration of the chronoamperograms show a linear variation of the surface coverage, &#952;, with logarithm of the adsorption time, tads, in the range 0.25 &#8804; &#952; &#8804; 0.80. This indicates that the adsorption rate can be expressed in tems of an Elovich equation. It is shown that the relation Eads vs log Ii, where Eads is the adsorption potential and Ii is the maximum non-stationary current at t = 0, is a straight line with a slope equal to 2.3[2RT/F], independently of the temperature. These data show that the initial adsorption step envolves a monoelectronic charge transfer, and can be represented by the following equation: R-CH2-OH j1&#8594; R-.CH-OH + H+ + e- ( 1 ) Therefore, it is assumed that the adsorption occurs via a two step consecutive reaction, given by equations (1) and (2): R-.CH-OH j2&#8594; R-..C-OH + H+ + e- ( 2 ) with the two adsorbed species R-.CH-OH and R-..C-OH characterized by their degree of coverage &#952;1 and &#952;2, respect ively. The non-stationary anodic current, j, is then the sum of currents j1 and j2 resulting from reactions described by equations (1) and (2). When the adsorption time is very short, it can be assumed that j = j1 + j2 &#8776; j1, and that &#952; = &#952; 1 + &#952;2 &#8776; &#952;1. From those assumptions, the following equation relating &#952;1 with t was obtained: &#952;1 = -Qmáx . B/[k2.t (1-A-B). ln t ] + k1/k2 (3) where Qmáx is the charge related with the maximum surface coverage, k1 and k2 the apparent rate constants of reactions (1) and (2), respectively, and A and B are constants from the Elovich equation. Equation (3) permitted the evaluation of the rate constants k1 and k2 for distinct Eads values. From the data at different temperatures, the apparent activation energies of both reactions were calculated.

Relata-se um estudo sobre o processo de eletrossorção do n-propanol sobre eletrodos de platina eletrodispersa em soluções de H2SO4 1 N, a diferentes temperaturas (12 a 51 ºC) e potencíais (0,30 a 0,60 V). São abordados os aspectos relacionados com a cinética de adsorção dos possíveis intermediários formados na desidrogenação do n-propanol, bem como a determinação das constantes de velocidade em cada etapa. São apresentadas as energias de ativação do processo de adsorção para graus de cobertura, &#952; = 0 e &#952; &#8800; 0. A adsorção do álcool estudado a potencial controlado na região da dupla camada elétrica, ocorre através da desidrogenação da molécula, seguida pela ionização do hidrogênio adsorvido. A isoterma cinética de adsorção foi obtida a partir dos cronoamperogramas de desidrogenação do álcool e mostra uma variação linear de &#952; com o logaritmo do tempo de adsorção (t), para 0,25 < &#952; < 0,80. Por outro lado, a relação entre E = f (log li), onde li é a máxima corrente não estacionária obtida a t = 0, é linear com coeficiente angular igual a 2,3 (2 RT/F). Esse valor indica que no início da adsorção do n-propanol, apenas um elétron está envolvido no processo. Da mesma maneira que no metanol, supõe-se que a desidrogenação do n-propanol não ocorre através da eliminação simultânea dos dois átomos de hidrogênio ligados no carbono-&#945;, mas por duas etapas consecutivas de desidrogenação: R - CH2 - OH j1&#8594; R - .CH - OH + H+ + e- ( 1 ) R - .CH - OH j2&#8594; R - ..C - OH + H+ + e- ( 2 ) Desse modo, a corrente anódica não estacionária (j), proveniente da ionização do hidrogênio formado na desidrogenação do n-propanol é resultante da soma das correntes j>SUB>1 e j2 produzidas nas reações descritas nas equações (1) e (2). Quando o tempo de adsorção é muito curto, isto é , j2 = 0, a corrente não estacionária é determinada apenas pela adsorção da espécie R-.CH-OH. Considerando esta hipótese e as isotermas de Temkin e Elovich foi obtida uma equação que descreve o grau de cobertura pela espécie R-.CH-OH, (&#952;1) em função do tempo. &#952;1 = - Qmáx B/k2t (1-A-B ln t) + k1/k2 onde Qmáx é a carga máxima de cobertura, k1 e k2 são as constantes de velocidade de adsorção das espécies R-.CH-OH e R-..C-OH, respectivamente, A e B são as constantes da equação de Elovich. A equação precedente permitiu determinar as constantes de velocidade de adsorção k1 e k2. A partir desses valores em diferentes temperaturas foram obtidas as energias de ativação para as reações (1) e (2). Verificou-se que os tempos de máxima cobertura por R.CHOH e de inflexão, obtidos respectivamente de &#952;1= f (log t) e j-1 = f(t), são comparáveis para dada temperatura e potencial. / The kinetics and mechanism of n-propanol adsorption on a platinized platinum electrode was studied in 1 N H2SO4 at several temperatures, by means of the potential pulse method. Between 0.30 V and 0.60 V (RHE), the adsorption occurs via a dehydrogenation of the &#945;-carbon, followed by a rapid ionization of the adsorbed hydrogen atoms. The kinetic isotherms obtained by integration of the chronoamperograms show a linear variation of the surface coverage, &#952;, with logarithm of the adsorption time, tads, in the range 0.25 &#8804; &#952; &#8804; 0.80. This indicates that the adsorption rate can be expressed in tems of an Elovich equation. It is shown that the relation Eads vs log Ii, where Eads is the adsorption potential and Ii is the maximum non-stationary current at t = 0, is a straight line with a slope equal to 2.3[2RT/F], independently of the temperature. These data show that the initial adsorption step envolves a monoelectronic charge transfer, and can be represented by the following equation: R-CH2-OH j1&#8594; R-.CH-OH + H+ + e- ( 1 ) Therefore, it is assumed that the adsorption occurs via a two step consecutive reaction, given by equations (1) and (2): R-.CH-OH j2&#8594; R-..C-OH + H+ + e- ( 2 ) with the two adsorbed species R-.CH-OH and R-..C-OH characterized by their degree of coverage &#952;1 and &#952;2, respect ively. The non-stationary anodic current, j, is then the sum of currents j1 and j2 resulting from reactions described by equations (1) and (2). When the adsorption time is very short, it can be assumed that j = j1 + j2 &#8776; j1, and that &#952; = &#952; 1 + &#952;2 &#8776; &#952;1. From those assumptions, the following equation relating &#952;1 with t was obtained: &#952;1 = -Qmáx . B/[k2.t (1-A-B). ln t ] + k1/k2 (3) where Qmáx is the charge related with the maximum surface coverage, k1 and k2 the apparent rate constants of reactions (1) and (2), respectively, and A and B are constants from the Elovich equation. Equation (3) permitted the evaluation of the rate constants k1 and k2 for distinct Eads values. From the data at different temperatures, the apparent activation energies of both reactions were calculated.

A presente tese fornece uma revisão bibliográfica dos trabalhos mais importantes sobre as reduções catódicas e anódicas do grupo carbonila em aldeídos, cetonas, dicetonas, cetonas &#945;, &#946;-insaturadas, cetoácidos, cetoésteres, e ésteres &#945;, &#946 -insaturados. São descritas as sínteses por nós efetuadas de 13 hidroxi e cetoésteres metílicos, a saber: mandelato , 4-carbometoxi, 4-cloro, 4-nitro e 4-metoximandelatos, &#945;-fenil-&#946;-hidroxibutirato, fenilglioxilato, 4-carbometoxi, 4-cloro, 4-nitro e 4-metoxifenilglioxilatos,benzilpiruvato e piruvato. A pureza desses compostos foi testada por meio de espectroscopia no I.V .e R.M.N., cromatografia de gás ou em camada delgada e, em alguns casos, por análise elementar. 4-nitrofenilglioxilato, 4-carbometoxifenilglioxilato e 4-carbometoximandelato, compostos ainda não descritos na literatura, foram caracterizados e analisados. O trabalho fornece as eletrólises, com eletrodos de platina em metanol, de 10 cetoésteres que incluem, além dos acima enumerados, o &#945; -cetobutirato de metila, 4-cetopimelato de etila e o cetomalonato de etila. Os produtos de reação obtidos foram identificados por métodos cromatográficos e espectroscópicos. São apresentadas dois tipos de experiências eletrolíticas: as simples e as que foram acompanhadas em tempos periódicos pela análise cromatográfica, sendo as primeiras, em alguns casos, repetidas, variando-se o tempo da eletrólise. Os resultados obtidos demonstram que são reduzidos aos hidroxiésteres correspondentes os seguintes cetoésteres contendo anel aromático: fenilglioxilato, 4-cloro e 4-carbometoxifenilglioxilatos e benzilpiruvato, como também, os 2 cetoésteres alifáticos -&#945; -cetobutirato e piruvato. Entretanto, verifica-se que tanto 4-nitro e 4-metoxifenilglioxilatos como cetomalonato e 4-cetopimelato não sofrem redução. Estes resultados comparados com os anteriores do nosso laboratório, permitem sugerir a seguinte ordem de velocidade da redução: &#945; -cetovalerato &#62; &#945;-cetobutirato &#62; piruvato &#62; fenilglioxilato) &#62; 4-clorofenilglioxilato &#62; 4-carbometoxifenilglioxilato. São fornecidas provas de que a falta de reatividade de 4-nitrofenilglioxilato e cetomalonato e a diminuição de reatividade de 4-cloro e 4-carbometoxifenilglioxilatos, como também, de piruvato são devidas à existência do equilíbrio cetoéster-semiacetaléster nestes compostos, em metanol. Finalmente, é apresenta.da uma discussão do mecanismo da redução de cetoésteres que justificaria a diminuição de reatividade de fenilglioxilato em relação aos &#945;-cetoésteres alifáticos e a falta de reatividade. de 4-cetopimelato e 4-metoxifenilglioxilatonilglioxilato. / The present work describes the syntheses of some aliphatic and aromatic &#945;-hydroxy - and &#945;-keto-methyl esters and reports the electrolyses of the latter, in methanol, at a platinum cathode Some simple electrolytic experiments, varying the experimental conditions as well as those in which the transformations occurring during the electrolyses were followed by gas chromatography, are described. The reactivities towards cathodic reduction are reported and the following order of the relative rate for the reduction is suggested: &#945;-oxovalerate &#62; &#945;-oxobutyrate &#62; pyruvate> phenylglyoxylate &#62; 4-chlorophenylglyoxylate &#62; 4-methoxycarbonylphenylglyoxylate .No reduction is found to occur with 4-methoxyphenylglyoxylate 4-nitrophenylglyoxylate or 4-oxopymelate .An explanation for these differences in reactivities is suggested on the basis of electronic effects, steric inhibition of coplanarity, and hemiacetal formation