Orientador: Wagner Vilegas / Coorientador: Lourdes Campaner dos Santos / Banca: Isabele Rodrigues Nascimento / Banca: Vera Lucia Garcia Rehder / Banca: João Carlos Palazzo de Mello / Banca: José Arimatéia Dantas Lopes / Resumo: O objetivo desse trabalho foi a investigação da composição química de plantas do Cerrado, aplicando técnicas que permitam uma análise quali e quantitativa rápida e eficaz. As espécies estudadas neste projeto foram Miconia rubiginosa e Miconia stenostachya, pertencentes à família Melastomataceae. As espécies foram coletadas no Estado de São Paulo e os infusos foram preparados e particionados com acetato de etila e água. A fração acetato de etila da M. rubiginosa foi fracionada por Cromatografia em Contracorrente de Alta Velocidade (HSCCC), sendo isolados os compostos (-)-(2R,3R)-epicatequina (Mr1), casuarictina (Mr2), canferol-3-O-β-galactopiranosídeo (Mr3) e schizandrisídeo (Mr4). A fração acetato de etila da M. stenostachya foi fracionada por cromatografia de permeação em gel utilizando Sephadex LH-20, que possibilitou o isolamento da (+)-(2R,3S)-4'-O-metilgalocatequina (Ms1), (-)-(2R,3R)-4'-O-metilepigalocatequina (Ms2), miricetina-3-O-α-rhamnopiranosídeo (Ms3) e (-)-(2R,3R)-epicatequina (Ms4). Foram desenvolvidos métodos de separação dos enantiômeros da naringenina e catequinas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência acoplada a detectores de Dicroísmo Circular e Arranjo de Diodos (HPLC-CD-DAD). Os métodos desenvolvidos forneceram separação adequada com boa resolução. Foram obtidos os espectros de dicroísmo circular (CD) de todas as substâncias isoladas, permitindo a identificação dos enantiômeros. Uma metodologia de clean-up foi desenvolvida para a preparação de amostras para análise por cromatografia quiral. O método que utiliza cartucho de C18 (STRATA Phenomenex®) foi o que apresentou melhor seletividade. O método desenvolvido no HPLC-CD-DAD permitiu identificar a (-)-(2R,3R)-epicatequina no infuso de M. rubiginosa. O mesmo método foi aplicado para investigar a espécie Maytenus obtusifolia... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this project was to investigate the chemical composition of Cerrado plants, using techniques that allow a quick and efficient qualitative and quantitative analysis. In this project we studied the species Miconia rubiginosa and Miconia stenostachya which belong to the Melastomataceae family. Miconia species were collected at São Paulo State and water infusions were prepared and partitioned with EtOAc and water. The ethyl acetate fraction of M. rubiginosa was fractioned by High Speed Countercurrent Chromatography (HSCCC), and afforded (-)-(2R,3R)-epicatechin (Mr1), casuarictin (Mr2), kaempferol-3-O-β-galactopyranoside (Mr3), and schizandriside (Mr4). The ethyl acetate fraction of M. stenostachya was submitted to gel permeation chromatography over Sephadex LH-20, that led to the isolation of (+)-(2R,3S)-4'-O-methylgallocatechin (Ms1), (-)-(2R,3R)-4'-O-methylepigallocatechin (Ms2), myricetin-3-O-α-rhamnopyranoside (Ms3), and (-)-(2R,3R)-epicatechin (Ms4). Methods were developed for the enantiomeric separation of naringenin and catechins by High Performance Liquid Chromatography with Circular Dichroism and Diode Array Detectors (HPLC-CD-DAD). The developed methods provided good separation and resolution. CD spectra of all these substances were obtained, allowing the identification of the enantiomers. A clean-up methodology was developed for the preparation of plant samples previous to the chiral HPLC analysis. The method using C18-cartridge (Phenomenex STRATA®) showed the best selectivity. The method developed using HPLC-CD-DAD allowed to identify (-)-(2R,3R)-epicatechin in the infusion of M. rubiginosa. The same method was applied to investigate the commonly used... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A emergência de cepas resistentes à isoniazida, principal fármaco utilizado no tratamento da tuberculose, tem causado renovado interesse nos tuberculostáticos denominados de \"segunda escolha\", dentre estes, o etambutol. O desenvolvimento de metodologias de obtenção de fármacos antimicobacterianos que sejam técnica e economicamente acessíveis e a otimização das técnicas existentes consistem em estratégias de grande importância em países em desenvolvimento onde os altos índices de incidência e prevalência estão diretamente relacionados à falta de recursos. Dentre os vários métodos de obtenção de (+)-2,2\'-(etilenodiimino)di-1-butanol, etambutol, a separação dos enantiômeros do (±)-2-amino-1-butanol com (+)-ácido tartárico seguida de condensação com dihaloetano apresenta-se como uma metodologia que atende aos requisitos anteriormente citados. Assim, efetuou-se neste trabalho, a otimização da resolução do 2-aminobutanol racêmico por formação de sais diastereoméricos neutros, (+)-bis-tartaratos de (+) e (-)-2-amino-1-butanol, seguida de separação por cristalização preferencial do sal contendo o isômero dextrógiro, precursor na síntese do etambutol. Pela formação de sais neutros elevou-se o rendimento da resolução em comparação aos resultados citados em literatura obtidos pela formação de sais ácidos em 63%, obtendo-se (+)-2-amino-1-butanol com elevada pureza química e enantiomérica. / The emergence of M. tuberculosis strains resistant to isoniazid, the main drug in tuberculosis treatment, has raised renewed interest in second choice drugs, like ethambutol. Researching into technical and economicaly accessible synthesis of antimycobacterial drugs and improving on existing ones is of great importance in developing countries where the rising of tuberculosis incidence and prevalence is related to the lack of resourses and inadequate control methods. Among various methods of preparation of (+)-2,2\'-(ethylenediimino)di-1-butanol -ethambutol-, resolution of (±)-2-amino-1-butanol with L-(+)-tartaric acid, followed by condensation to ethylene dichloride, consists in a procedure that is in accordance with these previous requirements. Resolution of racemic 2-aminobutanol was optimized, by diastereomeric neutral salts formation followed by preferential crystallization of the diastereomer containing the dextro isomer of 2-amino-1-butanol. This method resulted in yields 63% higher than resolutions performed by hemitartrates formation, and resulted in (+)-2-amino-1-butanol with high chemical and enantiomeric purity.

A emergência de cepas resistentes à isoniazida, principal fármaco utilizado no tratamento da tuberculose, tem causado renovado interesse nos tuberculostáticos denominados de \"segunda escolha\", dentre estes, o etambutol. O desenvolvimento de metodologias de obtenção de fármacos antimicobacterianos que sejam técnica e economicamente acessíveis e a otimização das técnicas existentes consistem em estratégias de grande importância em países em desenvolvimento onde os altos índices de incidência e prevalência estão diretamente relacionados à falta de recursos. Dentre os vários métodos de obtenção de (+)-2,2\'-(etilenodiimino)di-1-butanol, etambutol, a separação dos enantiômeros do (±)-2-amino-1-butanol com (+)-ácido tartárico seguida de condensação com dihaloetano apresenta-se como uma metodologia que atende aos requisitos anteriormente citados. Assim, efetuou-se neste trabalho, a otimização da resolução do 2-aminobutanol racêmico por formação de sais diastereoméricos neutros, (+)-bis-tartaratos de (+) e (-)-2-amino-1-butanol, seguida de separação por cristalização preferencial do sal contendo o isômero dextrógiro, precursor na síntese do etambutol. Pela formação de sais neutros elevou-se o rendimento da resolução em comparação aos resultados citados em literatura obtidos pela formação de sais ácidos em 63%, obtendo-se (+)-2-amino-1-butanol com elevada pureza química e enantiomérica. / The emergence of M. tuberculosis strains resistant to isoniazid, the main drug in tuberculosis treatment, has raised renewed interest in second choice drugs, like ethambutol. Researching into technical and economicaly accessible synthesis of antimycobacterial drugs and improving on existing ones is of great importance in developing countries where the rising of tuberculosis incidence and prevalence is related to the lack of resourses and inadequate control methods. Among various methods of preparation of (+)-2,2\'-(ethylenediimino)di-1-butanol -ethambutol-, resolution of (±)-2-amino-1-butanol with L-(+)-tartaric acid, followed by condensation to ethylene dichloride, consists in a procedure that is in accordance with these previous requirements. Resolution of racemic 2-aminobutanol was optimized, by diastereomeric neutral salts formation followed by preferential crystallization of the diastereomer containing the dextro isomer of 2-amino-1-butanol. This method resulted in yields 63% higher than resolutions performed by hemitartrates formation, and resulted in (+)-2-amino-1-butanol with high chemical and enantiomeric purity.

A compreensão dos processos de aprendizagem de conceitos no campo da estereoquímica e o desenvolvimento de uma estratégia didática que favoreça sua aprendizagem foram os principais objetivos desse trabalho. A compreensão desse campo exige o domínio de uma rede de conceitos abordados nas disciplinas de Química Orgânica básica tanto no Ensino Médio quanto no Ensino Superior nos cursos de química, farmácia, biomedicina, bioquímica dentre outros. O ensino de estereoquímica e seus desafios têm sido discutidos há décadas, sendo que a complexidade na resolução de problemas no espaço tridimensional tem sido considerada como uma das principais fontes de dificuldades de aprendizagem. Assim é clara a necessidade de utilizar estratégias em sala de aula que favoreçam o desenvolvimento das habilidades relativas à visualização tridimensional. Mas existe outra barreira a ser transposta na sala de aula: a motivação do aluno para a aprendizagem. Alguns alunos adquirem certa resistência à Química devido à falta de contextualidade na abordagem dos conteúdos. Assim o problema norteador nessa tese é: como tornar mais eficiente o ensino e a aprendizagem da estereoquímica com foco no Ensino Médio? O aporte teórico desse estudo está alicerçado nas teorias cognitivistas de Vygotsky e Vergnaud em função de que ambas consideram a representação como elemento principal na aquisição de conhecimentos, fato que está diretamente relacionada com a questão da visualização e que essa aquisição é dependente do contexto, ou seja, o estudante aprende o que para ele tem significado. Particularmente a Teoria dos Campos Conceituais de Gerard Vergnaud ocupa-se em entender melhor quais são os problemas de desenvolvimento específicos de um determinado campo de conhecimento e atribui ao professor o papel de promover oportunidades para que os alunos superem suas dificuldades desenvolvendo assim formas mais eficientes de trabalhar os conteúdos. Para responder essa questão investigamos, incialmente, estudantes do nível superior, bem como livros de ensino médio e superior. A partir dos dados coletados elaborou-se uma unidade de ensino baseada em uma estratégia didática baseada na tríade alfabetização tridimensional, histórica e contextual que visa à aprendizagem integrada dos diferentes aspectos. A unidade didática foi avaliada por professores de Química de diferentes níveis de ensino para finalmente, na última etapa de coleta de dados, investigar a compreensão de estudantes de Ensino Médio sobre o campo conceitual para diagnosticar o nível de compreensão conceitual, histórica e contextual e verificar o aprimoramento dessa compreensão após uso da unidade de ensino. As análises realizadas durante a pesquisa nos levam a crer que o uso de uma estratégia baseada na tríade alfabetização tridimensional, histórica e contextual pode tornar mais eficiente o ensino e a aprendizagem da estereoquímica uma vez que promove o aprendizado dos conceitos de forma mais abrangente facilitando o desenvolvimento das habilidades tridimensionais necessárias além de uma enculturação dos estudantes nos aspectos sócio-históricos-culturais que são tão fundamentais ao estudo da estereoquímica, e porque não dizer, da Química como ciência. / Understanding the learning processes of concepts in the field of stereochemistry and the developing a teaching strategy that favors their learning were the main objectives of this work. Understanding this field requires mastery of a concept network taught in basic organic chemistry disciplines both in high school and in higher education in chemistry courses, pharmacy, biomedical, biochemical and others. The teaching of stereochemistry and its challenges have been discussed for decades and the complexity in problem solving in the tridimensional space has been considered as one of the main sources of learning difficulties. Hence, it is clear the need to use teaching strategies in the classroom that encourages the development of tridimensional abilities. But there is another barrier to be overcome in the classroom: student motivation for learning. Some students develop a certain resistance to learning chemistry due to lack of contextualization in the content approach. So the guiding problem in this thesis is: how to make stereochemistry teaching and learning more efficient in high school? The theoretical contribution of this study is grounded in the cognitive theories of Vygotsky and Vergnaud because both authors consider representations as the main element in the acquisition of knowledge. This fact is directly related to the issue of visualization and that this acquisition is dependent on the context, meaning that the students actually learn what is meaningful for him. Particularly Vergnaud's theory of conceptual fields is concerned in understanding better what are the specific development problems of a particular field of knowledge and gives the teacher the role of promoting opportunities for students to overcome their difficulties thus developing more efficient ways of teaching specific contents. To answer this question we investigated, firstly, college students, as well as high school and college didactic books on the subject. Using the analysis of the data collected we prepared a teaching unit based on a teaching strategy based on a triad of three-dimensional, historical and contextual literacy that aims the integrated learning of those different aspects. The teaching unit was evaluated by chemistry teachers from different educational levels and finally, the last data collection stage investigate the understanding of high school students about the conceptual field to assess the level of conceptual, historical and contextual understanding, and to investigate the improvement of this understanding after using the teaching unit. The analyzes carried out during the research lead us to believe that the use of a strategy based on three-dimensional, historical and contextual literacy triad can promote a more efficient teaching and learning of stereochemistry. In our point of view, this happens because the teaching unit promotes the learning of concepts in a broader fashion allowing not only the development of the necessary tridimensional skills as well as a enculturation of students in socio-historical-cultural aspects that are so fundamental to the study of stereochemistry, and possibly, Chemistry as a science.

Esta dissertação de Mestrado tem por objetivo principal investigar as possibilidades de uso dos programas de simulação computacional no campo de isomeria geométrica no contexto da escola pública. Para contemplar esse objetivo, a referida pesquisa foi constituída a partir de uma pesquisa bibliográfica e de um estudo de caso numa escola pública. O referencial teórico foi construído para investigar os efeitos do uso de programas computacionais no ensino de isomeria geométrica; realizamos entrevistas semiestruturadas com três professores de uma escola, situada na cidade de Caxias do Sul, no estado do Rio Grande do Sul, a fim de contrastar os interlocutores teóricos e empíricos. A partir do conjunto de informações oriundas do contexto escolar, associadas à fundamentação teórica, foi possível apontar um conjunto de resultados: i) a escola apresenta baixo nível de utilização da tecnologia no ensino; ii) o acesso ao laboratório de química e de informática é prejudicado pela burocracia; iii) o professor atua com sobrecarga de trabalho; iv) as capacitações ou formações continuadas para os professores são insuficientes; v) a carga horária para o ensino de Química foi drásticamente reduzida em comparação a anos anteriores; vi) há falta de empenho dos estudantes. Dentro desse contexto, classifica-se essa pesquisa por meio de uma abordagem exploratória, onde usou-se a técnica qualitativa de Análise Textual Discursiva (ATD) para compreender o corpus de pesquisa. Além disso, no que tange ao uso de programas de simulação, os resultados da consulta à bibliografia atestam que os programas computacionais são importantes ferramentas de apoio ao ensino de isomeria geométrica, pois melhoram a visualização entre os três níveis de representação da Química (macroscópico, microscópico e simbólico) meio da criação de moléculas em duas dimensões e a conversão destas para a forma tridimensional. Observamos que os estudantes, nativos digitais, são hábeis no manuseio de aplicativos computacionais. Complementarmente os professores entrevistados declararam não fazer uso de programas computacionais por uma série de razões: horários de aula reduzidos, desconhecimento dos programas e seu uso, poucas oportunidades de formação continuada. Portanto, nosso estudo sugere que se deva romper a visão tradicional do ensino da química (segundo a qual bastaria dotar as escolas de recursos de informática) para mudar as práticas pedagógicas. É necessário transgredir esse modelo e pensar em metodologias que se voltem aos fundamentos das disciplinas, que atendam ao processo de construção do conhecimento, promovendo assim a ascensão de um ensino de Química voltado à formação de estudantes críticos. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-30T12:37:25Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabiana Pauletti.pdf: 1562679 bytes, checksum: bdea2a7a9acc698d3d29181b92c47ab7 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-30T12:37:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabiana Pauletti.pdf: 1562679 bytes, checksum: bdea2a7a9acc698d3d29181b92c47ab7 (MD5) / This dissertation main to investigate possibilities in apply computer simulation programs based on geometrical isomerism in the context of public school. A literature review and case study in public school was carried out to attend that target. Literature review had been focused on computer programs effects in teaching geometrical isomerism; we also made individual semi-structured interviews with three teachers at High school in Caxias do Sul city, Rio Grande do Sul state, to contrast the theoretical and empirical interlocutors. Based on these set of answer and on literature review we find a group of results: i) the school applies a low level of teaching technology; ii) there is a lot of bureaucracy to access chemistry and technology information labs; iii) teacher has workload; iv) teachers continuous learning is less than expected; v) time for chemistry class has been reduced over years; vi) there are students with low interest. Looking for this context, we classify this research as exploratory approach, where a qualitative technique called Textual Discoursive Analysis (DTA) was applied to understand the contests of interviews. Moreover, regarding computer programs literature results show these programs such as important tools to teach geometrical isomerism, because they improve an overview between Chemistry three levels (macroscopic, microscopic and symbolic) representation and it creates dual dimension molecules and convert them for tri-dimension molecules. We observe that digital native students are more skilled in computer simulation than others. Teachers interviewed declare do not use computer simulation because: they do not have time at class, knowledge limited about computer programs and how to apply it, few opportunities to continuous learning. Therefore, our study proposes a break on traditional chemistry teaching (where information technology is implemented) to changes in the pedagogical practices. It is necessary to overpass that model and to think in methodologies focused on course fundaments, which meet to knowledge build process, and allow a Chemistry teaching applied to educate critical students.

A compreensão dos processos de aprendizagem de conceitos no campo da estereoquímica e o desenvolvimento de uma estratégia didática que favoreça sua aprendizagem foram os principais objetivos desse trabalho. A compreensão desse campo exige o domínio de uma rede de conceitos abordados nas disciplinas de Química Orgânica básica tanto no Ensino Médio quanto no Ensino Superior nos cursos de química, farmácia, biomedicina, bioquímica dentre outros. O ensino de estereoquímica e seus desafios têm sido discutidos há décadas, sendo que a complexidade na resolução de problemas no espaço tridimensional tem sido considerada como uma das principais fontes de dificuldades de aprendizagem. Assim é clara a necessidade de utilizar estratégias em sala de aula que favoreçam o desenvolvimento das habilidades relativas à visualização tridimensional. Mas existe outra barreira a ser transposta na sala de aula: a motivação do aluno para a aprendizagem. Alguns alunos adquirem certa resistência à Química devido à falta de contextualidade na abordagem dos conteúdos. Assim o problema norteador nessa tese é: como tornar mais eficiente o ensino e a aprendizagem da estereoquímica com foco no Ensino Médio? O aporte teórico desse estudo está alicerçado nas teorias cognitivistas de Vygotsky e Vergnaud em função de que ambas consideram a representação como elemento principal na aquisição de conhecimentos, fato que está diretamente relacionada com a questão da visualização e que essa aquisição é dependente do contexto, ou seja, o estudante aprende o que para ele tem significado. Particularmente a Teoria dos Campos Conceituais de Gerard Vergnaud ocupa-se em entender melhor quais são os problemas de desenvolvimento específicos de um determinado campo de conhecimento e atribui ao professor o papel de promover oportunidades para que os alunos superem suas dificuldades desenvolvendo assim formas mais eficientes de trabalhar os conteúdos. Para responder essa questão investigamos, incialmente, estudantes do nível superior, bem como livros de ensino médio e superior. A partir dos dados coletados elaborou-se uma unidade de ensino baseada em uma estratégia didática baseada na tríade alfabetização tridimensional, histórica e contextual que visa à aprendizagem integrada dos diferentes aspectos. A unidade didática foi avaliada por professores de Química de diferentes níveis de ensino para finalmente, na última etapa de coleta de dados, investigar a compreensão de estudantes de Ensino Médio sobre o campo conceitual para diagnosticar o nível de compreensão conceitual, histórica e contextual e verificar o aprimoramento dessa compreensão após uso da unidade de ensino. As análises realizadas durante a pesquisa nos levam a crer que o uso de uma estratégia baseada na tríade alfabetização tridimensional, histórica e contextual pode tornar mais eficiente o ensino e a aprendizagem da estereoquímica uma vez que promove o aprendizado dos conceitos de forma mais abrangente facilitando o desenvolvimento das habilidades tridimensionais necessárias além de uma enculturação dos estudantes nos aspectos sócio-históricos-culturais que são tão fundamentais ao estudo da estereoquímica, e porque não dizer, da Química como ciência. / Understanding the learning processes of concepts in the field of stereochemistry and the developing a teaching strategy that favors their learning were the main objectives of this work. Understanding this field requires mastery of a concept network taught in basic organic chemistry disciplines both in high school and in higher education in chemistry courses, pharmacy, biomedical, biochemical and others. The teaching of stereochemistry and its challenges have been discussed for decades and the complexity in problem solving in the tridimensional space has been considered as one of the main sources of learning difficulties. Hence, it is clear the need to use teaching strategies in the classroom that encourages the development of tridimensional abilities. But there is another barrier to be overcome in the classroom: student motivation for learning. Some students develop a certain resistance to learning chemistry due to lack of contextualization in the content approach. So the guiding problem in this thesis is: how to make stereochemistry teaching and learning more efficient in high school? The theoretical contribution of this study is grounded in the cognitive theories of Vygotsky and Vergnaud because both authors consider representations as the main element in the acquisition of knowledge. This fact is directly related to the issue of visualization and that this acquisition is dependent on the context, meaning that the students actually learn what is meaningful for him. Particularly Vergnaud's theory of conceptual fields is concerned in understanding better what are the specific development problems of a particular field of knowledge and gives the teacher the role of promoting opportunities for students to overcome their difficulties thus developing more efficient ways of teaching specific contents. To answer this question we investigated, firstly, college students, as well as high school and college didactic books on the subject. Using the analysis of the data collected we prepared a teaching unit based on a teaching strategy based on a triad of three-dimensional, historical and contextual literacy that aims the integrated learning of those different aspects. The teaching unit was evaluated by chemistry teachers from different educational levels and finally, the last data collection stage investigate the understanding of high school students about the conceptual field to assess the level of conceptual, historical and contextual understanding, and to investigate the improvement of this understanding after using the teaching unit. The analyzes carried out during the research lead us to believe that the use of a strategy based on three-dimensional, historical and contextual literacy triad can promote a more efficient teaching and learning of stereochemistry. In our point of view, this happens because the teaching unit promotes the learning of concepts in a broader fashion allowing not only the development of the necessary tridimensional skills as well as a enculturation of students in socio-historical-cultural aspects that are so fundamental to the study of stereochemistry, and possibly, Chemistry as a science.

A compreensão dos processos de aprendizagem de conceitos no campo da estereoquímica e o desenvolvimento de uma estratégia didática que favoreça sua aprendizagem foram os principais objetivos desse trabalho. A compreensão desse campo exige o domínio de uma rede de conceitos abordados nas disciplinas de Química Orgânica básica tanto no Ensino Médio quanto no Ensino Superior nos cursos de química, farmácia, biomedicina, bioquímica dentre outros. O ensino de estereoquímica e seus desafios têm sido discutidos há décadas, sendo que a complexidade na resolução de problemas no espaço tridimensional tem sido considerada como uma das principais fontes de dificuldades de aprendizagem. Assim é clara a necessidade de utilizar estratégias em sala de aula que favoreçam o desenvolvimento das habilidades relativas à visualização tridimensional. Mas existe outra barreira a ser transposta na sala de aula: a motivação do aluno para a aprendizagem. Alguns alunos adquirem certa resistência à Química devido à falta de contextualidade na abordagem dos conteúdos. Assim o problema norteador nessa tese é: como tornar mais eficiente o ensino e a aprendizagem da estereoquímica com foco no Ensino Médio? O aporte teórico desse estudo está alicerçado nas teorias cognitivistas de Vygotsky e Vergnaud em função de que ambas consideram a representação como elemento principal na aquisição de conhecimentos, fato que está diretamente relacionada com a questão da visualização e que essa aquisição é dependente do contexto, ou seja, o estudante aprende o que para ele tem significado. Particularmente a Teoria dos Campos Conceituais de Gerard Vergnaud ocupa-se em entender melhor quais são os problemas de desenvolvimento específicos de um determinado campo de conhecimento e atribui ao professor o papel de promover oportunidades para que os alunos superem suas dificuldades desenvolvendo assim formas mais eficientes de trabalhar os conteúdos. Para responder essa questão investigamos, incialmente, estudantes do nível superior, bem como livros de ensino médio e superior. A partir dos dados coletados elaborou-se uma unidade de ensino baseada em uma estratégia didática baseada na tríade alfabetização tridimensional, histórica e contextual que visa à aprendizagem integrada dos diferentes aspectos. A unidade didática foi avaliada por professores de Química de diferentes níveis de ensino para finalmente, na última etapa de coleta de dados, investigar a compreensão de estudantes de Ensino Médio sobre o campo conceitual para diagnosticar o nível de compreensão conceitual, histórica e contextual e verificar o aprimoramento dessa compreensão após uso da unidade de ensino. As análises realizadas durante a pesquisa nos levam a crer que o uso de uma estratégia baseada na tríade alfabetização tridimensional, histórica e contextual pode tornar mais eficiente o ensino e a aprendizagem da estereoquímica uma vez que promove o aprendizado dos conceitos de forma mais abrangente facilitando o desenvolvimento das habilidades tridimensionais necessárias além de uma enculturação dos estudantes nos aspectos sócio-históricos-culturais que são tão fundamentais ao estudo da estereoquímica, e porque não dizer, da Química como ciência. / Understanding the learning processes of concepts in the field of stereochemistry and the developing a teaching strategy that favors their learning were the main objectives of this work. Understanding this field requires mastery of a concept network taught in basic organic chemistry disciplines both in high school and in higher education in chemistry courses, pharmacy, biomedical, biochemical and others. The teaching of stereochemistry and its challenges have been discussed for decades and the complexity in problem solving in the tridimensional space has been considered as one of the main sources of learning difficulties. Hence, it is clear the need to use teaching strategies in the classroom that encourages the development of tridimensional abilities. But there is another barrier to be overcome in the classroom: student motivation for learning. Some students develop a certain resistance to learning chemistry due to lack of contextualization in the content approach. So the guiding problem in this thesis is: how to make stereochemistry teaching and learning more efficient in high school? The theoretical contribution of this study is grounded in the cognitive theories of Vygotsky and Vergnaud because both authors consider representations as the main element in the acquisition of knowledge. This fact is directly related to the issue of visualization and that this acquisition is dependent on the context, meaning that the students actually learn what is meaningful for him. Particularly Vergnaud's theory of conceptual fields is concerned in understanding better what are the specific development problems of a particular field of knowledge and gives the teacher the role of promoting opportunities for students to overcome their difficulties thus developing more efficient ways of teaching specific contents. To answer this question we investigated, firstly, college students, as well as high school and college didactic books on the subject. Using the analysis of the data collected we prepared a teaching unit based on a teaching strategy based on a triad of three-dimensional, historical and contextual literacy that aims the integrated learning of those different aspects. The teaching unit was evaluated by chemistry teachers from different educational levels and finally, the last data collection stage investigate the understanding of high school students about the conceptual field to assess the level of conceptual, historical and contextual understanding, and to investigate the improvement of this understanding after using the teaching unit. The analyzes carried out during the research lead us to believe that the use of a strategy based on three-dimensional, historical and contextual literacy triad can promote a more efficient teaching and learning of stereochemistry. In our point of view, this happens because the teaching unit promotes the learning of concepts in a broader fashion allowing not only the development of the necessary tridimensional skills as well as a enculturation of students in socio-historical-cultural aspects that are so fundamental to the study of stereochemistry, and possibly, Chemistry as a science.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-07-24T12:33:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) RUBENS RODRIGUES TELES.pdf: 8256916 bytes, checksum: 343eb874fab58d245a7825e979a6bfef (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-24T12:33:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) RUBENS RODRIGUES TELES.pdf: 8256916 bytes, checksum: 343eb874fab58d245a7825e979a6bfef (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / CNPQ / Neste trabalho foram estudados parâmetros anisotrópicos de Ressonância Magnética Nuclear, como o acoplamento dipolar residual (do inglês, Residual Dipolar Coupling – RDC) e anisotropia do deslocamento químico residual (do inglês, Residual Chemical Shift Anisotropy), com a finalidade de refinar a elucidação estrutural molecular. A molécula teste escolhida para realização deste estudo foi a α-Santonina, um produto natural com quatro estereocentros, portanto oito diastereoisômeros. Inicialmente, os sinais dos espectros de RMN 1H e 13C foram atribuídos, com auxílio de experimentos uni e bidimensionais. Foram realizados cálculos de mecânica molecular para determinação do espaço conformacional de todos os diastereoisômeros, usando o campo de força MMFF94. As estruturas obtidas, numa janela de 5 kcal/mol foram refinadas com cálculos mecano-quânticos ao nível DFT/B3LYP/6-31G*. As anisotropias do deslocamento químico, foram derivadas do cálculo do tensor de blindagem química calculado com o método GIAO/PBE0/pcS-1. Os meios de alinhamento utilizados foram baseados na metodologia dos géis indutores de alinhamento (do inglês, strain-induced alignment in a gel – SAG), sendo avaliada a eficiência de três meios de alinhamento diferentes: poliacrilonitrila (PAN), poliacrilamida (PH) em DMSO-d6, e polimetilmetacrilato (PMMA) em CDCl3. O experimento realizado com o gel PAN forneceu onze valores de RDC na faixa entre –3,2 e +5,9 Hz. O ajuste dos valores experimentais com as estruturas otimizadas permitiu a determinação da configuração relativa correta da α-Santonina, (5a(S/R), 9b(S/R), 3a(S/R), 3(S/R)), bem como realizar a atribuição dos deslocamentos químicos dos hidrogênios pró-quirais do carbono-5. O experimento usando o gel PH forneceu seis valores de RDC, na faixa de –25,5 a +12,7 Hz. A baixa qualidade dos dados não possibilitou a determinação da configuração relativa da α-Santonina. Por fim, os experimentos com o gel PMMA permitiram a determinação da configuração relativa e da atribuição completa dos sinais de RMN 1H, inclusive dos hidrogênios diastereotópicos H4α, H4β, H5α e H5β que ainda não haviam sido atribuídos na literatura. Foram realizadas medidas de RCSA da molécula teste no gel PMMA. Os valores obtidos ficaram na faixa de –0,05 a +0,01ppm. Com estes dados não foi possível determinar a configuração relativa da mesma. Entretanto, foi realizado um tratamento associando os valores de RDC e RCSA, na qual obteve-se sucesso, chegando à correta configuração relativa com um fator Q igual a 0,606. Nesta amostra foram observados dois sinais para cada carbono, sendo um atribuído à molécula dentro do gel e outro fora do gel. Para estudar esta observação foram realizadas medidas do tempo de relaxação longitudinal, T1, medidas do coeficiente de difusão, bem como imagens de ressonância magnética do tubo de RMN contendo o gel. Foram realizados diferentes cálculos de química quântica para verificar a influência destes no resultado dos valores de RDCs e RCSAs calculados. Para a otimização da geometria foram testadas três classes de métodos, totalizando vinte e oito cálculos. Deste total foram realizados vinte cálculos DFT, quatro cálculos Hartree-Fock e quatro cálculos Semi-empírico. Observou-se que a qualidade da otimização da estrutura não apresentou grande impacto no ajuste dos dados de RDC. Entretanto, a qualidade do ajuste obtido quando foram usados os métodos Semi-empírico foi levemente inferior. Em relação ao RCSA foram testados três níveis de cálculo, PBE0, MP2 e B3LYP, usando sempre o método GIAO. Foi verificada também a importância da inclusão da solvatação implícita com clorofórmio, totalizando nove cálculos. Os resultados mostram que a escolha do método DFT ou MP2 é relevante para os valores calculados de RCSA, por outro lado, a escolha da base e a inclusão da solvatação exerce menor efeito. / In this work we studied the application of anisotropic parameters of Resonance Magnetic Nuclear, namely Residual Dipolar Coupling (RDC) and Residual Chemical Shift Anisotropy (RCSA), to the refinement of molecular structure elucidation. The test molecule chosen for this study was α-Santonin, a natural product with four stereogenic carbons and therefore eight possible diastereoisomeric structures. In the first step, the 1H and 13C NMR spectra were fully assigned by a combination of 1D and 2D experiments. The conformational space of each possible diastereoisomer was explored by means of molecular mechanics computations using the MMFF94 force field. The obtained structures, in an energy window of 5 kcal/mol, were refined at the DFT /B3LYP/6-31G* level method. Chemical shielding anisotropies were derived from chemical shift tensor computations at the DFT GIAO/PBE0/pcS-1 level on the previous B3LYP structures. The alignment media employed in this work used were based on the methodology of straininduced alignment in a gel (SAG). We evaluated the performance of three different gels: polyacrylonitrile (PAN), polyacrylamide (PH) in DMSO-d6, and polymethyl methacrylate (PMMA) in CDCl3. The experiment carried out in PAN gel provided eleven RDC values in the range of –3.2 and +5.9 Hz. Fitting of this experimental values to the computed structures allowed us to determine the correct relative configuration of αSantonin as (5a(S/R), 9b(S/R), 3a(S/R), 3(S/R)), as well as the assignment of chemical shifts of the prochiral hydrogens from carbon-5. The experiment using PH gel provided six RDC values in the range of –25,5 a +12,7 Hz. The lower quality of these data did not allow an unambiguous determination of the relative configuration of α-Santonin. Finally, experiments using the PMMA gel allowed to attribute the relative configuration and the complete assignment of NMR signals, including the diastereotopics hydrogens H4α, H4β, H5α e H5β, that were not assigned before in the literature. We performed RCSA measurements of the test molecule in PMMA gel. The values obtained were in the range of -0,05 a +0,01ppm. It was not possible however to select the correct configuration of αSantonin by fitting these RCSAs to the computed chemical shielding tensors. Nevertheless, when RDC and RCSA values were fitted together the correct structure was selected, arriving to the correct structure with a Q factor equal to 0.606. In this sample was observed two signals for each carbon, being assigned to the molecule within the gel and outside the gel. To further study this behavior were performed measurements of the longitudinal relaxation time (T1), diffusion coefficient and magnetic resonance imaging experiments of the gel. Different methods of quantum chemistry calculations were carried out to evaluate their influence on the outcome of the RDC and RCSA backcalculated values. For the geometry optimization were tested three classes of methods, totaling twenty-eight calculations, twenty DFT based, four Hartree-Fock and four Semiempirical. It was observed that the quality of the structure optimization does not have a strong impact on the fitting of the RDC data. Nevertheless, slightly worse fittings were consistently obtained when using Semiempirical geometries. Regarding the RCSAs we tested three classes of GIAO methods: PBEO, MP2 and B3LYP. It was also evaluated the importance of the inclusion of implicit solvation, totaling nine calculations. The results shown that the choice of DFT or MP2 method is relevant to the RCSA back-calculated values, on the other hand the choice of the basis set or the inclusion of solvation have small effects.

Esta dissertação de Mestrado tem por objetivo principal investigar as possibilidades de uso dos programas de simulação computacional no campo de isomeria geométrica no contexto da escola pública. Para contemplar esse objetivo, a referida pesquisa foi constituída a partir de uma pesquisa bibliográfica e de um estudo de caso numa escola pública. O referencial teórico foi construído para investigar os efeitos do uso de programas computacionais no ensino de isomeria geométrica; realizamos entrevistas semiestruturadas com três professores de uma escola, situada na cidade de Caxias do Sul, no estado do Rio Grande do Sul, a fim de contrastar os interlocutores teóricos e empíricos. A partir do conjunto de informações oriundas do contexto escolar, associadas à fundamentação teórica, foi possível apontar um conjunto de resultados: i) a escola apresenta baixo nível de utilização da tecnologia no ensino; ii) o acesso ao laboratório de química e de informática é prejudicado pela burocracia; iii) o professor atua com sobrecarga de trabalho; iv) as capacitações ou formações continuadas para os professores são insuficientes; v) a carga horária para o ensino de Química foi drásticamente reduzida em comparação a anos anteriores; vi) há falta de empenho dos estudantes. Dentro desse contexto, classifica-se essa pesquisa por meio de uma abordagem exploratória, onde usou-se a técnica qualitativa de Análise Textual Discursiva (ATD) para compreender o corpus de pesquisa. Além disso, no que tange ao uso de programas de simulação, os resultados da consulta à bibliografia atestam que os programas computacionais são importantes ferramentas de apoio ao ensino de isomeria geométrica, pois melhoram a visualização entre os três níveis de representação da Química (macroscópico, microscópico e simbólico) meio da criação de moléculas em duas dimensões e a conversão destas para a forma tridimensional. Observamos que os estudantes, nativos digitais, são hábeis no manuseio de aplicativos computacionais. Complementarmente os professores entrevistados declararam não fazer uso de programas computacionais por uma série de razões: horários de aula reduzidos, desconhecimento dos programas e seu uso, poucas oportunidades de formação continuada. Portanto, nosso estudo sugere que se deva romper a visão tradicional do ensino da química (segundo a qual bastaria dotar as escolas de recursos de informática) para mudar as práticas pedagógicas. É necessário transgredir esse modelo e pensar em metodologias que se voltem aos fundamentos das disciplinas, que atendam ao processo de construção do conhecimento, promovendo assim a ascensão de um ensino de Química voltado à formação de estudantes críticos. / This dissertation main to investigate possibilities in apply computer simulation programs based on geometrical isomerism in the context of public school. A literature review and case study in public school was carried out to attend that target. Literature review had been focused on computer programs effects in teaching geometrical isomerism; we also made individual semi-structured interviews with three teachers at High school in Caxias do Sul city, Rio Grande do Sul state, to contrast the theoretical and empirical interlocutors. Based on these set of answer and on literature review we find a group of results: i) the school applies a low level of teaching technology; ii) there is a lot of bureaucracy to access chemistry and technology information labs; iii) teacher has workload; iv) teachers continuous learning is less than expected; v) time for chemistry class has been reduced over years; vi) there are students with low interest. Looking for this context, we classify this research as exploratory approach, where a qualitative technique called Textual Discoursive Analysis (DTA) was applied to understand the contests of interviews. Moreover, regarding computer programs literature results show these programs such as important tools to teach geometrical isomerism, because they improve an overview between Chemistry three levels (macroscopic, microscopic and symbolic) representation and it creates dual dimension molecules and convert them for tri-dimension molecules. We observe that digital native students are more skilled in computer simulation than others. Teachers interviewed declare do not use computer simulation because: they do not have time at class, knowledge limited about computer programs and how to apply it, few opportunities to continuous learning. Therefore, our study proposes a break on traditional chemistry teaching (where information technology is implemented) to changes in the pedagogical practices. It is necessary to overpass that model and to think in methodologies focused on course fundaments, which meet to knowledge build process, and allow a Chemistry teaching applied to educate critical students.

O presente trabalho teve, como cerne, o estudo do campo dos conceitos estereoquímicos, sob a luz da Teoria dos Campos Conceituais proposta por Gérard Vergnaud. Neste sentido, a investigação foi conduzida com vistas a identificar os invariantes operatórios empregados por sujeitos ao enfrentar situações que envolvam a representação química. Estudar o papel da habilidade espacial perante a resolução de tarefas no campo em questão, assim como o estudo dos fatores associados à conceituação em situações em sala de aula, também fizeram parte dos objetivos. Mediante a participação de alunos dos cursos de Química e de Farmácia e Bioquímica da Universidade de São Paulo em minicursos que versavam sobre conceitos estereoquímicos, oferecidos como fonte de coleta de dados, foram selecionados três episódios. A partir da transcrição dos registros em vídeo e da análise qualitativa efetuadas com o auxílio de um programa especializado foram inferidas informações sobre o conteúdo conceitual da argumentação oral e gestual utilizados pelos alunos. Quanto à habilidade espacial, foram empregados instrumentos psicométricos distintos, quais sejam um que avalia esta habilidade via processamento gestáltico, disponível na literatura, e outro que avalia via processamento analítico. O desenvolvimento e validação, deste último, foi efetuado mediante o uso de dispositivos estatístico-inferenciais sobre um população de 561 alunos. Como resultado, foram propostos os invariantes operatórios, identidade estrutural (I), equivalência (E) e livre movimentação no espaço (M) como elementos conceituais passíveis de associação durante a ação do sujeito. Esta associação, então, constituiria três esquemas distintos, ME, MEI e EI, responsáveis por diferenças significativas nas conclusões chegadas pelos alunos em pelo menos um dos episódios estudos. Além disso, foi encontrado que, quando confrontados os diferentes episódios, nem todos os alunos empregam regularmente os mesmos invariantes operatórios. Neste sentido, foi proposto que o uso de esquemas está vinculado à reflexao pelo indivíduo. Logo, atividades de natureza metacognitiva estariam vinculadas à conceituação promovendo uma tomada de consciência sobre a própria argumentação e sobre a do outro. Finalmente, também foi sugerido, mediante o cruzamento de dados psicométricos com a análise dos registros efetuados em vídeo, que a habilidade espacial não figura como único nem, tampouco, principal fator envolvido ao sucesso na resolução de problemas estereoquímicos. A associação adequada dos invariantes operatórios bem como a reflexão sobre os procedimentos empregados seriam, também, elementos fundamentais ao desenvolvimento neste campo conceitual / The main objective of the present work was to identify the cognitive requirements for an adequate learning of stereochemical concepts. Vergnaud\'s Theory on conceptualization inspired most experimental activities, aimed to access common operating invariants or strategies that allow for a better understanding of stereo formulae and chirality properties. In order to collect reliable information, a group of graduate students, enrolled in Chemistry or Pharmaceutical Sciences Courses, were invited to follow a specially designed series of lectures. In three different occasions, they were asked to answer questions on stereochemical issues, and their performance was recorded in audio and video, and subsequently fully analyzed. As for the ability of moving or superimposing images in space, two sets of questions , requiring either an unified or an analytical approach, were presented to 561 students from different syllabi. After collecting, the entire database was submitted to statistical analysis, in order to verify if all groups of students could be considered comparable, despite of baseline differences. Data analysis allowed for the identification of three operating invariants, i.e.: structure identity (I), equivalence (E) and free movement in space (M). On the basis of these findings, students were classified as ME, MEI or EI, according to the set of invariants composing their problem solving schemes. However, different cognitive scenarios could be observed when the same students were confronted to new problem solving sessions. In some cases, after presenting their results, students were asked to answer questions raised by their peers or by the instructor. Such process of further reasoning frequently allowed for a change, and was responsible for achieving awareness of their own learning process and learning difficulties. Finally, it should be mentioned that a critical analysis of all experimental data revealed that the ability to operate movements of images in space is not mandatory for conceptualization in Stereochemistry. Moreover, the cooperative construction of cognitive schemes, resulting form reporting back activities, plays an important role towards success