Líquidos iônicos (LIs) são sais que se encontram no estado líquido em temperaturas menores que 100ºC e que vêm ganhando protagonismo na área chamada química verde, prometendo: substituir solventes nocivos ao meio ambiente, aprimorar componentes eletrônicos, favorecer biocatálises dentre outros. Sua alta estabilidade e baixa toxicidade são frequentemente afirmadas, porém, devem ainda ser melhor investigadas. Com o objetivo de implementar o entendimento da interação dos líquidos iônicos com sistemas de relevância biológica, realizamos um estudo sistemático acerca da interação de 3 diferentes líquidos iônicos anfifílicos de mesma cabeça polar e diferentes caudas carbônicas ([C10mim][Cl], [C12mim][Cl] e [C14mim][Cl]) com 3 diferentes proteínas modelo, através das técnicas de absorção óptica, fluorescência, dicroísmo circular (CD) e espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS). Para Tanto, utilizamos as proteínas BSA e HSA (Albuminas de Soro Bovino e Humano, respectivamente) além da lisozima. Observamos a supressão da fluorescência das proteínas em todos os casos analisados, onde a diminuição da intensidade correspondeu a, para as proteínas BSA, HSA e lisozima, respectivamente, (55±3)%, (16.1±0.8)% e (4.1±0.2)%, em presença de 0.6mM de [C14mim][Cl], (38±2)%, (13.2±0.7)% e (0.6±0.1)% em presença de 0.6mM de [C12mim][Cl] e (11.0±0.5)%, (9.2±0.5)% e (0.0±0.1)% em presença de 0.6mM de [C10mim][Cl]. Os espectros de absorbância e fluorescência de todos os sistemas nos indicam uma interação de contato entre as proteínas e os líquidos iônicos. Constatamos também o deslocamento do pico de fluorescência, das proteínas BSA e HSA, para menores comprimentos de onda (blue-shift), na medida em que a concentração de LI era aumentada. O máximo deslocamento () alcançado correspondeu a (21±1)nm para ambas albuminas, enquanto que a lisozima não apresentou deslocamento significativo. O blue-shift pode ser explicado pela aproximação das cadeias carbônicas e formações de pontes de hidrogênio nas proximidades dos triptofanos. De acordo com a técnica de SAXS, evidenciamos o aumento do raio de giro das proteínas, na medida em que adicionamos LIs. O raio de giro da BSA, da HSA e lisozima em ausência de LI são (29±1)Å, (30±1)Å e (15±1)Å, respectivamente, e passam para (46±1)Å, (44±1)Å e (20±1)Å respectivamente, em presença de 0.6mM de [C14mim][Cl]. As curvas de SAXS também apresentaram o indício da formação de estruturas micelares a partir de uma dada concentração. Além da alteração em sua estrutura terciária, os dados de CD indicam uma leve perda de estrutura secundária de ambas as albuminas (BSA e HSA), passando de 80 para 65% de -hélice em ausência e presença de 0.6mM de [C14mim][Cl], respectivamente. Sugerimos que as interações das proteínas com os líquidos iônicos, embora inicialmente movidas por forças eletroestática, possuem como principal fator o efeito hidrofóbico, portanto quanto maior a cadeia carbônica do LI maior é sua interação com a proteína. Tal interação causa o desenovelamento das proteínas e formação de um complexo e estruturas micelares a altas concentrações de LI. Acreditamos que este trabalho traz novas informações acerca da interação dos LIs com proteínas modelo, indicando sua capacidade de alterar a conformação das mesmas. / Ionic liquids (ILs) are salts that are liquid at temperatures smaller than 100 ° C and are gaining prominence in the so-called green chemistry, promising: replace harmful solvents to the environment, improve electronic components, and favor biocatalysis, among others. Its high stability and low toxicity are often asserted; nevertheless, they are ascribed to ILs due to its small volatility. With the aim of improving the understanding of the interaction of ILs with biological relevant systems, we conducted a systematic study of the interaction of three different ionic liquids of the same polar head and different paraffinic tails ([C10mim][Cl], [C12mim][Cl] and [C14mim][Cl]) with three different model proteins, through the techniques of optical absorption, fluorescence, circular dicrhoism (CD) and small angle X-ray scattering (SAXS). To do so, we use BSA and HSA proteins (Bovine Serum Albumin and the Human Serum Albumin, respectively) and lysozyme. We observed fluorescence quenching, of all studied proteins, where the decrease in the fluorescence was (for BSA, HAS and lysozyme, respectively): (55 ± 3)%, (16.1 ± 0.8)% to (4.1 ± 0.2 )% in the presence of 0.6mm [C14mim][Cl], (38 ± 2)%, (13.2 ± 0.7)% to (0.6 ± 0.1)% in the presence of 0.6mm [C12mim][Cl] and ( 11.0 ± 0.5)% (9.2 ± 0.5)% and (0.0 ± 0.1)% in the presence of 0.6mm [C10mim][Cl]. UV-vis absorbance spectra and fluorescence indicate all systems in a contact interaction between proteins and ionic liquids. We also note the shift of the fluorescent peak of BSA and HSA proteins for shorter wavelengths (blue-shift), as the IL content was increased. The maximum shift () achieved corresponded to (21 ± 1) nm for both albumins, whereas no significant displacement was observed for lysozyme. The blue-shift can be explained by the approach of carbon chains and formation of hydrogen bonds in the vicinity of tryptophan. SAXS data indicate an increasing in the proteins radius of gyration value as ILs was added in the solution. The turning radius of BSA, HSA and lysozyme in the absence of IL are (29 ± 1) Å, (30 ± 1) Å and (15 ± 1) Å, respectively, and go to (46 ± 1) Å, ( 44 ± 1) Å and (20 ± 1) Å, respectively, in the presence of 0.6mm [C14mim][Cl]. The SAXS curves also show evidence of the formation of micellar structures from a given concentration. Besides the change in its tertiary structure, the CD data indicates a slight loss of secondary structure of both albumins (BSA and HSA), from 80 to 65% of -helix in the absence and presence of 0.6mm [C14mim][Cl], respectively. We suggest that the interactions of the protein with the ionic liquid, although initially driven by electrostatic forces, have a major factor hydrophobic effect and thus the higher the carbon chain of greater IL is its interaction with the protein. This interaction causes unfolding of the protein and formation of a micellar structures at high concentrations of IL. We believe this work provides new information about the interaction of ILs with model proteins, indicating its ability to alter the conformation of the same.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-04-27T13:00:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Euclides_Almeida_Fisica.pdf: 5907240 bytes, checksum: 503a5b57e757a03f24206d4d3d26032c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-27T13:00:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese_Euclides_Almeida_Fisica.pdf: 5907240 bytes, checksum: 503a5b57e757a03f24206d4d3d26032c (MD5) Previous issue date: 2012-07-30 / CNPQ / O principal objetivo deste trabalho foi investigar fenômenos ópticos ultrarrápidos em sistemas nanoestruturados empregando diferentes técnicas espectroscópicas não lineares, tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. Para fornecer uma base adequada que permita entender os experimentos feitos nessa tese, os princípios físicos das espectroscopias ópticas não lineares são apresentados. Inicialmente é apresentada uma descrição da função resposta não linear no domínio do tempo. A evolução temporal da polarização óptica, que gera o sinal espectroscópico, é descrita em detalhes usando uma teoria de perturbação diagramática. Técnicas ópticas não lineares são apresentadas, tais como eco de fótons, bombeamento-e-sonda e hole burning, assim como o comportamento dinâmico de um material pode ser interpretado a partir do sinal gerado. A técnica de mistura degenerada de quatro ondas com luz incoerente foi usada para investigar, pela primeira vez, o defasamento ultrarrápido de éxcitons em uma vitrocerâmica contendo nanocristais de niobato de sódio. O tempo de defasamento medido (T2 = 20 fs) indica qu empregada para investigar processos de transferência de carga em colóides com nanopartículas de TiO2 e rodamina 6G. O comportamento do sinal de depleção transiente é comparado com o observado para a rodamina livre suspensa em etanol. A análise dos resultados permitiu atribuir o comportamento de depleção à transferência de carga de estados excitados termalizados das moléculas de corante para a banda de condução do semicondutor e a transferência no sentido inverso do semicondutor para as moléculas. / The main objective of this work was the investigation of ultrafast optical phenomena in selected nanostructured systems employing different nonlinear spectroscopic techniques, either in the time or the frequency domain. To provide an appropriate background to understand the performed experiments the principles of nonlinear optical spectroscopies are presented. Initially a description of the nonlinear optical response function in the time domain is given. The time evolution of the optical polarization, that gives rise to the spectroscopic signal, is described in detail using a diagrammatic perturbation theory. Nonlinear optical techniques are discussed such as photon echoes, pump-and-probe and hole-burning, as well as how the dynamical behavior of a material can be interpreted from the generated signals. The degenerate four-wave mixing technique with incoherent light was used to investigate for the first time the ultrafast dephasing of excitons in a glass-ceramic containing sodium niobate nanocrystals. The short dephasing time measured (T2 = 20 fs) indicates that different dephasing channels contribute for the excitonic dephasing, namely: electron-electron scattering, electron-phonon coupling and fast trapping of electrons in defects on the nanocrystals interface. Low-temperature luminescence experiments were also performed to measure excitonic and trap states lifetimes. The persistent spectral holeburning technique was applied to measure localized surface plasmons dephasing times in colloidal silver nanoparticles capped with different stabilizing molecules. The dependence of T2 with three different stabilizers was demonstrated and theoretically analyzed. The results show that the dephasing times are shorter than the theoretically calculated T2 using the bulk dielectric functions of the metal. This discrepancy is attributed to changes in the electronic density of states at the nanoparticles interface caused by the presence of the stabilizers. Ab-initio calculations based on the Density Functional Theory were performed to further understand the interaction between the nanoparticles and stabilizing agents. The femtosecond transient absorption technique was employed to study the ultrafast dynamics of in-gap states in a glassceramics containing sodium niobate nanocrystals. Two main temporal components were found for the excited state absorption signal: a fast component, with decay time of ≈ 1 ps, and a slower component which is attributed to deep trap states. This slower component is responsible for the excited state absorption contribution in optical limiting experiments previously reported in the literature. The dynamics of the optical limiting in this sample was also studied, in the millisecond range, exciting the sample with a train of femtosecond pulses. The optical limiting behavior reflects the dynamics of population in the excited and trap states and this dynamics was modeled using rate equations for the electronic states’ populations. Finally, the pump-andprobe transient absorption technique was employed to investigate charge-transfer processes in colloids with rhodamine 6G and TiO2 nanoparticles. The transient bleaching signal behavior is compared with the one observed for unlinked rhodamine 6G dissolved in ethanol. The analysis of the results allowed the attribution of the bleaching behavior to charge-transfer from thermalized excited states of the dye molecules to the semiconductor conduction band and to the back charge-transfer from the semiconductor to the molecules.