Os métodos computacionais da química quântica foram empregados para estudar as estruturas moleculares e as energias de interação de cátions e ânions que são componentes de alguns líquidos iônicos funcionalizados, derivados do imidazólio. O estudo teve como objetivo comparar e relacionar os efeitos da presença de funcionalização nos substituintes das posições 1 e 3 do cátion imidazólio, nas propriedades desses líquidos iônicos. Essa funcionalização pode ocorrer pela presença de insaturações, grupos aromáticos, éteres, álcoois, tióis, aminas, nitrilas entre outros grupos nas cadeias dos substituintes. Nesta tese são reportados os estudos dos complexos formados por ânions tetrafluorborato e cátions imidazólio substituídos por grupos metila, etila, propila, butila, isobutila, vinila, propargila, alila, crotila e metalila, observando assim o efeito da presença de substituintes contendo cadeias insaturadas em comparação com os de cadeias saturadas nas estruturas, distribuições de carga, energias de interação e propriedades físico-químicas desses sistemas. Nesses sistemas foram observados intensos efeitos de polarização e transferência de carga ânion-cátion. Foram encontradas diversas relações entre volumes iônicos, energias de interação dos íons e as propriedades de transporte dos respectivos líquidos iônicos. / The methods of computational quantum chemistry have been used to study the molecular structures and the interaction energies of cations and anions which are components of some functionalized ionic liquids derived from imidazolium. The objective of this study is comparing and relating the effects of the presence of functionalization of the side chains of the imidazolium with the properties of these ionic liquids. This functionalization can occur by the presence of unsaturated side chains, aromatic groups, ether, alcohols, thiols, amines, nitriles among other groups in the side chains. In this thesis are reported the studies of the complexes formed of tetrafluorborate anions and imidazolium cations with side chains methyl, ethyl, propyl, butyl, isobutyl, vinyl, propargyl, allyl, crotyl and methallyl, thus observing the effects of the presence of unsaturated side chains compared to saturated ones on the structures, charge distributions, interaction energies and physicochemical properties of these systems. It was observed in these systems strong effects of polarization and anion-cation charge transfer. It was found several relations between ionic volumes, interation energies of the ions and the transport properties of the respective ionic liquids.

O trabalho desenvolvido teve como objetivo estudar a solvatação em misturas binárias de água com líquidos iônicos, LIs, destacando a influência da lipofilicidade e estrutura deste últimos. Além disso, estudou-se uma série inédita de líquidos iônicos tensoativos, LITs, cujas propriedades em solução aquosa, foram determinadas através de diversas técnicas experimentais. Em relação aos LIs, os estudo iniciou-se com a síntese, purificação e caracterização dos cloretos de 1-alil-3-alquilimidazólios, e posteriormente, analisou-se a solvatação pelas referidas misturas binárias. Para este estudo, foram utilizados compostos (sondas solvatocrômicas) cujos espectros Uv-Vis são sensíveis às propriedades do meio. Juntamente com tais sondas, aplicou-se um modelo de solvatação preferencial, proposto pelo grupo, que descreve a solvatação da sonda, considerando os dois solventes e um “complexo&#8221 água-LI. O estudo de solvatocromismo envolveu a utilização de três sondas, MePMBr2, OcPMBr2 e MeQMBr2 e três líquidos iônicos, AlMeImCl, AlBuImCl e AlHxImCl, visando a compreensão das interações hidrofóbicas, o efeito de anelação e o aumento da cadeia alquílica. Os resultados mostraram a importância de várias interações sonda-LI, incluindo ligações de hidrogênio, eletrostáticas, e hidrofóbicas, para a solvatação das sondas. Em relação aos LITs, a série estudada, cloretos de 1-metil-3(3-acilaminopropil) imidazólio, foi sintetizada, purificada e caracterizada. As propriedades das soluções de tensoativos em soluções aquosas foram determinadas através das técnicas de condutância, tensão superficial, espalhamento estático de luz e solvatocromismo. Os valores de concentração micelar crítica, cmc, e energia livre de Gibbs de micelização, ΔGmic, obtidos através das três primeiras técnicas citadas, foram comparados com os valores dos cloretos de 1-metil-3-alquilimidazólio, (tensoativos análogos aos estudados, exceto pela ausência do grupo propilamida) e mostraram que a presença da amida, favorece o processo de micelização, uma vez que os valores dos dois parâmetros citados foram menores para os tensoativos estudados. No estudo de solvatocromismo em soluções micelares, foram utilizadas as sondas WB, 4-nitroanisol, 4-nitroanilina e N,N-dimetil-4-nitroanilina. Com estas sondas foi possível estudar a acidez, α, basicidade, β, polarizabilidade, π* e concentração da água interfacial, [água]interfacial. Notou-se que , α,β, [água]interfacial, diminuíram com o aumento da cauda hidrofóbica do tensoativo, devido a maior proximidade entre os grupos hidrofílicos diminuindo a área mínima das cabeças. Tal diminuição comprime as cabeças dos tensoativos, e atenua a disponibilidade do H2 ácido do imidazol, justificando a diminuição de α com o aumento da hidrofobicidade do tensoativo. / The developed work focused the study of the solvation of binary mixtures among water and ionic liquids, ILs. Highlighting the influence of the lipophilicity and structure of the ILs. Moreover, it was studied a new series of surface active ionic liquids, SAILs, and the properties of these SAILs in water, was studied using many experimental techniques. The ILs study started with the synthesis, purification and characterization of the 1-allil-3-alkylimidazolium chlorides, and after, it was studied the solvation of the aqueous binary mixtures. In this study, they were utilized solvatochromic probes, these substances are sensitive to the medium properties, and can be analyzed using the Uv-Vis spectroscopy. In order to explain the obtained results, it was applied a solvation model, developed by the research group. This model describes the solvation considering the presence of the two solvents and a &#8220:complex” water-IL. The solvatochromic study was utilized three probes, MePMBr2, OcPMBr2 e MeQMBr2 and three ILs, AlMeImCl, AlBuImCl e AlHxImCl. The results showed the importance of probe-LI interaction, for example, hydrogen bond, electrostatic and hydrophobic interactions; that influences the solvation of the probe. The SAILs studied series, was the 1-methyl-3(3-acylaminopropyl) imidazolium chloride, this series was synthesized, purified and characterized. The properties of the surfactants aqueous solutions were investigate with conductance, surface tension, light scattering and solvatochromism. The values of critical micelle concentration, cmc, and Gibbs free energy, ΔGmic, was obtained with the first three techniques, and these results were compared with the series 1-methyl-3-alkylimidozolium chlorides. The results showed that the presence of the amide functional group support the micellization process. In the solvatochromic study of micellar solutions, they were utilized the probes WB, 4-nitroanisole, 4-nitroaniline e N,N-dimethyl-4-nitroaniline. Using these probes, it was possible to determine the acidity, α, basicity, β, polarizability, π* and interfacial water concentration, [water]interfacial. It was observed, that α, β and [water]interfacial decreased with the increase of the hydrophobic chain of the surfactant.

A substituição da água por líquidos iônicos (LI) oferece uma alternativa promissora para o desenvolvimento de processos de separação de gases, principalmente devido à significativa demanda energética em processos convencionais que utilizam soluções aquosas de aminas. Esta proposta apresenta-se interessante por aliar as propriedades dos LI à reatividade de aminas perante o CO2. A físico-química que governa as interações entre os íons dos líquidos iônicos é bastante diversa das encontradas em solventes moleculares, sendo que ainda permanecem muitas questões fundamentais acerca destes materiais. A melhor compreensão das interações estabelecidas entre aminas e LI, e dos produtos formados após a reação com CO2, pode contribuir para o desenvolvimento de processos mais eficazes que permitam a substituição da água nos processos convencionais. O presente trabalho teve como objetivo investigar soluções das aminas primárias propilamina (PA), 2-metoxietilamina (MOEN) e monoetanolamina (MEA) em líquidos iônicos imidazólicos com diferentes ânions: 1-butil-3-metilimidazólio tetrafluoroborato (BMIBF4), hexafluorofosfato (BMIPF6), bis-(trifluorometilsulfonil)imida (BMITFSI) e dicianamida (BMIN(CN)2). Para tal, foram utilizadas as espectroscopias Raman e infravermelho (IR), cujos resultados foram suportados por cálculos baseados na teoria do funcional da densidade (DFT). Os resultados mostram que o modo de estiramento assimétrico do grupo NH2 das aminas, νas(NH2), é o mais adequado para se inferir sobre o grau de agregação das aminas em solventes orgânicos e em LI. No caso das reações das aminas com CO2 nos diferentes LI, o comportamento foi similar à reação com as aminas puras, ou seja, na PA houve cristalização, na MOEN, a formação de um líquido miscível com os LI, e na MEA, a formação de um gel com a subsequente separação de fases. Em particular, no caso da reação entre MEA e CO2 em LI, além da separação de fases, foi observada a diferente solubilidade dos produtos de reação dependendo do LI em questão. Em contraste ao processo convencional que utiliza soluções aquosas de aminas para a captura do CO2, acredita-se que a separação de fases observada em LI seja uma vantagem a ser explorada, já que permitiria um menor gasto energético na recuperação da amina absorvedora, além da recuperação do solvente não volátil / The replacement of water by ionic liquids (IL) offers a promising alternative for the development of gas separation processes, mainly due to the significant energy demand in conventional processes using aqueous solutions of amines. This proposal is exciting because it combines the properties of IL with the reactivity of amines towards CO2. The physical-chemistry that governs the interactions between the ionic liquids ions is quite different from those found in molecular solvents, and many fundamental questions still remain about these materials. A better understanding of the interactions between amines and IL, and the products formed after the reaction with CO2, may contribute to the development of more efficient processes to enable the replacement of water in conventional processes. This study aimed to investigate solutions of the primary amines propylamine (PA), 2-methoxyethylamine (MOEN) and monoethanolamine (MEA) in imidazolium ionic liquids with different anions: 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIBF4), hexafluorophosphate (BMIPF6), bis (trifluoromethylsulfonyl)imide (BMITFSI) and dicyanamide (BMIN(CN)2). For these purposes, the Raman and infrared (IR) spectroscopies were used, whose results were supported by calculations based on density functional theory (DFT). The results show that the asymmetric stretching mode of the amines group NH2, νas(NH2), are the most suitable for inferring the degree of aggregation of amines in organic solvents and IL. In the case of reactions of amines with CO2 in different IL, the behavior was similar to the reactions with neat amines, that is, it was observed crystallization with PA, the formation of a liquid miscible with IL in MOEN, and the formation of a gel-like product with subsequent phase separation in MEA. In particular, the case of the reaction between MEA and CO2 in IL, in addition to the phase separation, it was observed the different solubility of the reaction products depending on the IL concerned. In contrast to the conventional process using aqueous solutions of amines for the capture of CO2, it is believed that the phase separation observed in IL is an advantage to be exploited, since they allow lower energy consumption in the recovery of the amine absorber, besides the recovery of the non-volatile solvent.

Esta tese tem como objetivo o tratamento quantitativo do desvio de frequência vibracional em líquidos iônicos sob pressão. O estudo dos líquidos iônicos tetrafluoroborato de 1-butil-3- metilimidazólio, 1-hexil-3-metilimidazólio e 1-octil-3-metilimidazólio em alta pressão foram feitos a partir de uma abordagem conjunta entre simulação, espectroscopia e teoria de líquidos. As equações de estado desses sistemas obtidas a partir de dados na faixa de MPa são necessárias na análise de dados espectroscópicos obtidos na região de GPa. Torna-se necessário obter então os dados de densidade desses sistemas para a região de pressão maiores, e uma metodologia para selecionar entre diferentes equações de estado propostas na literatura que extrapolam de forma muito diversa na região de GPa. Duas propostas para validar tais Equações de Estado, e obter os dados de densidade em alta pressão são propostas. A primeira trata de comparar as extrapolações com os dados de Dinâmica Molecular clássica. Isso gera um problema em si pois o próprio campo de força usado nas simulações não foi parametrizado para a região de GPa. No entanto, uma boa concordância da forma da curva obtida via simulação e uma das equações de estado indica que o modelo de Domanska poderia ser considerado superior aos demais. Tal fato é comprovado pela segunda estratégia, em que as diferentes equações de estado são utilizadas para analisar os dados de desvio de frequência do modo de estiramento totalmente simétrico do ânion tetrafluoroborato de forma quantitativa utilizando o modelo de Schweizer e Chandler. A equação de Domanska fornece uma componente atrativa do desvio de frequência com o melhor ajuste linear, como prediz o modelo de Schweizer e Chandler. Além disso, os dados de desvio de frequência dos três sistemas formam uma curva única quando plotados em função da densidade reduzida dos líquidos, e o ajuste geral ao modelo teórico é o melhor dentre todas as equações de estado testadas. Simulações por Dinâmica Molecular ab initio do líquido iônico tetrafluoroborato de 1-butil-3-metilimidazólio sob pressão mostraram que esta metodologia consegue reproduzir quantitativamente o desvio de frequência experimental, mas os espectros vibracionais Raman apresentam uma banda muito ativa que não é observada experimentalmente. / The aim of this thesis is the quantitative treatment of the vibrational frequency shifts of ionic liquids under pressure. The study of the ionic liquids 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-hexyl-3- methylimidazolium and 1-octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate under high pressure were made under a simultaneous approach of simulation, spectroscopy and liquid theories. The equations of state of such systems are obtained with data in the MPa range and are necessary in the analysis of spectroscopic data obtained in the GPa range. It becomes necessary to obtain the density data in a larger pressure range, and to develop a methodology that selects through equations of state proposed in literature that extrapolate very differently in the GPa range. Two proposals to validate such equations of state, and obtain high pressure density data, are made. The first one consists in comparing the extrapolations with classic Molecular Dynamics results. This becomes a problem because the force field is not parametrized for this region. However, a good agreement between the simulation curve and the equation of Domanska are obtained which implicates that this equation could be considered better to describe this system under pressure. This finding is in agreement with the second strategy, in which the different equations of state are used to analyze quantitatively the frequency shift data of the totally symmetric stretching mode of the tetrafluoroborate anion using the Schweizer and Chandler model. The equation of Domanska provides a better linear fit of the attractive frequency shift component, as predicted by the model of Schweizer and Chandler. Moreover, the frequency shift data for the three systems colapse in a master curve when they are plotted versus the reduced density, and the overall fit to the model is the best through all equations of state tested. Ab initio molecular dynamics simulations of the 1- butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate under pressure were made and show that this methodology is accurate to describe quantitatively describe the experimental frequency shift, but the Raman spectrum presents an intense band which is not observed experimentally.

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 Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-02T12:29:28Z No. of bitstreams: 1 mateusjosefernandesmartins.pdf: 4703203 bytes, checksum: 8dd717329ae701bf544278cc49bc48ff (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-13T13:08:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mateusjosefernandesmartins.pdf: 4703203 bytes, checksum: 8dd717329ae701bf544278cc49bc48ff (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-13T13:08:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mateusjosefernandesmartins.pdf: 4703203 bytes, checksum: 8dd717329ae701bf544278cc49bc48ff (MD5) Previous issue date: 2014-02-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Existem diversos tipos de sais, inclusive alguns que são líquidos à temperatura ambiente, os Líquidos Iônicos. Esses compostos vêm sendo utilizados em diversas aplicações, dentre elas, uma nova técnica de catálise heterogênea denominada de método SILP (do inglês, supported ionic liquid phase). Essa inovadora técnica consiste em suportar um líquido iônico na superfície de um sólido poroso para que a fase líquida, o líquido iônico, atue como solvente, membrana ou catalisador. Nesse trabalho foi realizado um estudo teórico-experimental para compreender como se dá a interação entre o filme ultrafino de líquido iônico e um suporte sólido e propor um mecanismo para a degradação do sal suportado, predizendo as temperaturas em que esse processo ocorre. A parte experimental do estudo consistiu em experimentos de análises termogravimétricas e de obtenção de espectros vibracionais na região do infravermelho. Os experimentos de termogravimetria ajudaram a definir o grau de hidratação da superfície, utilizado nas simulações de adsorção e, aliados aos espectros vibracionais obtidos experimentalmente, serviram como base na concepção das propostas para os mecanismos de degradação do [C4C1Im]+[BF4]- suportado. A combinação das duas análises experimentais levou a mecanismos de degradação onde a superfície é fluoretada pelo ânion, perdendo uma hidroxila. Esse resultado levou a uma investigação teórica da fluoretação da superfície de gama-alumina, com simulação de espectros de RMN de 19F, obtenção de espectros vibracionais e estudo termodinâmico. A simulação de espectros de ressonância magnética nuclear foi realizada para que fossem feitas atribuições com o intuito de auxiliar na discrepância existente entre trabalhos previamente publicados. A simulação da adsorção do líquido iônico no suporte foi realizada através de cálculos de teoria do funcional da densidade. Nessa parte do trabalho foram obtidos resultados geométricos e energéticos de várias conformações do líquido iônico sobre as superfícies mais importantes do óxido para depois serem realizados cálculos de pós-processamento, tais como, análise de Bader, análise da densidade de cargas, análise da contribuição das forças de dispersão e obtenção das frequências vibracionais para estudo termodinâmico da simulação da degradação do líquido iônico suportado. / There are various types of salts, including some that are liquid at room temperature. The Ionic Liquids. These compounds have been used in several applications, among them , a new technique for heterogeneous catalysis called SILP method (supported ionic liquid phase). This innovative technique is to adsorp an ionic liquid in a porous surface so that the ionic liquid acts as a liquid phase solvent, membrane or solid catalyst. In this work, a theoretical and experimental study was conducted to understand how the interaction between the ultrathin film of ionic liquid and the solid support is and to propose a mechanism for the degradation of the supported salt, predicting the temperatures at which this process occurs. The experimental section of this study consisted of thermogravimetric analysis and obtaining vibrational spectra in the infrared region. The thermogravimetric experiments helped to define the degree of hydration on the surface used in the simulations of adsorption and, combined with the acquired vibrational spectra, served as the basis of design proposals for mechanisms of the degradation of the supported [C4C1Im]+[BF4]-. The combination of the experimental analyses led to the degradation mechanisms where the surface is fluoridated by the anion, therefore losing a hydroxyl. This result led to an investigation of the gamma-alumina fluoridation surface with the simulated 19F NMR spectra, vibrational spectra and thermodynamic study. The simulated spectra of nuclear magnetic resonance was conducted in order to make the assignments with the intention of assisting in the divergence between previously published works. The simulation of the ionic liquid adsorption was performed by ab initio electronic structure. In this part of the job, geometrical and energy results of multiple conformations of the ionic liquid on the most important oxide surfaces were obtained for later post-processing calculations such as Bader charge, analysis of the dispersion forces contribution and vibrational frequencies to obtain the thermodynamic simulation study of the supported ionic liquid degradation.

Orientador: Fabio Augusto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T03:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hantao_LeandroWang_D.pdf: 43243215 bytes, checksum: 64816c43abccdd0dc00de5b11a91371c (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O presente trabalho é dedicado à aplicação de técnicas cromatográficas multidimensionais à problemas complexos de separação. No primeiro conjunto de estudos foram desenvolvidos métodos analíticos para investigação do metaboloma de plantas de interesse comercial. Para isso, foram utilizadas a cromatografia gasosa bidimensional abrangente (GC×GC-MS) e a cromatografia líquida de ultra eficiência (UHPLC-MS) acopladas à espectrometria de massas para aquisição do perfil metabólico de folhas de eucalipto. Logo, foram desenvolvidos modelos quimiométricos para interpretação dos dados e determinação de marcadores biológicos associados ao estresse biótico e ao fenômeno de resistência. Estes estudos permitiram aprimorar o entendimento do mecanismo de defesa de eucaliptos contra fitopatógenos. Em segundo plano, foram desenvolvidas fases estacionárias derivadas de líquidos iônicos (IL) para separação de compostos apolares por GC×GC. Para isso, foram sintetizados diversos IL derivados de fosfônio e imidazólio. A partir destes materiais foram preparadas colunas capilares pelo método estático de revestimento. Estas colunas de GC foram utilizadas na separação de analitos modelo (i.e., hidrocarbonetos alifáticos) por GC×GC. Estes ensaios visaram aprimorar o entendimento da relação entre as características estruturais dos IL e os mecanismos que governam a retenção de compostos apolares pelas fases derivadas de IL / Abstract: In the present dissertation, we discuss the application of multidimensional chromatographic techniques to solve complex problems. In the first chapter it is presented the development of chemometric strategies for data processing of metabolic data ¿ the current bottleneck of a metabolomics workflow. The case studies examined investigate the metabolome of eucalyptus leaves to address several growing concern in plant pathology, namely, prospection of orthogonal methods for early diagnosis diseases and selection of hybrids with specific phenotypes in genetic enhancement programs. To accomplish these goals, comprehensive two-dimensional gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC×GC-MS) and ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry (UHPLC-MS) were examined to generate unbiased and reliable metabolic profiles. From these experiments, it was possible to improve our understanding of the defense mechanism of plants. The second chapter addresses the limited availability of stationary phases for multidimensional gas chromatography. In this work, we evaluated ionic liquids as stationary phases for gas-liquid chromatography. The model analytes were nonpolar aliphatic hydrocarbons due to the aggravated lack of highly selective and thermally stable GC columns for their separation. From these experiments, we ascertained the structure-selectivity relationship of ILs and were able to improve our understanding on the retention of nonpolar analytes by IL-based GC columns / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Un récent rapport de l’OMS met en garde les autorités de santé sur l’émergence de résistances chez les bactéries et le développement de souches bactériennes multi-résistantes aux traitements antibiotiques actuels. La progression de ces phénomènes est dû à différents facteurs. L’environnement hospitalier concentre un usage important de traitements antibiotiques et représente ainsi un terreau favorable au développement de résistances chez les bactéries. Le staphylocoque doré, ainsi que sa souche résistante (SARM), s’avèrent problématiques et entraînent un grand nombre de maladies nosocomiales. Dans ce contexte, il est primordial de mettre au point de nouveaux agents antibactériens permettant de lutter contre ces bactéries. Les liquides ioniques (sels à point de fusion bas) démontrent d’importantes propriétés antibactériennes. Néanmoins les mécanismes de cet effet bactéricide n’ont pas encore été établis. Ainsi nous nous proposons, dans un premier temps, de synthétiser des liquides ioniques di-cationiques afin d’étudier les différents facteurs structuraux qui régissent leur activité antibactérienne. Dans un second temps, nous concevrons des liquides ioniques à base de phosphoniums fonctionnalisés avec une sonde fluorescente. En exploitant les propriétés spectroscopiques, nous tenterons d’observer leurs interactions avec les cellules bactériennes. Enfin, nous nous proposons d'utiliser les phosphoniums comme agents de fonctionnalisation de surface dans le but de mettre au point des surfaces aux qualités bactéricides intrinsèques. Pour ce faire nous utiliserons différentes méthodes comme la conception de monocouches auto-assemblées ou l’électropolymérisation. / A recent WHO report warns the health authorities about the emergence of new bacterial resistances and the development of multi-resistant strains against current antibiotics treatments. The growth of those resistances is due to several factors. The hospital environment concentrates a significant use of antibiotics and disinfectant representing a favorable ground for bacterial resistance development. Among them the Staphylococcus aureus and its methicillin resistant strain (MRSA) represent a crucial issue in care environments and is a major cause of hospital acquired infections. In this context, it is essential to develop new antibacterial agents to fight against these bacteria. Ionic liquid are low melting point salts, they show significant antibacterial properties. However, the fact that the mechanisms of action of their bactericidal effect have not been established yet constitutes a major obstacle to their development as bactericidal agents. Thus, we propose to synthetize ammonium- and phosphonium-based di-cationic ionic liquids in order to study the different structural factors that govern their antibacterial activity. Then we will develop phosphonium based ionic liquids functionalized with a fluorescent probe. By taking advantage of their spectroscopic properties we will try to observe their interactions with bacterial cells. Finally, we propose to use the phosphonium salts as surface functionalization agents in order to design surfaces with intrinsic antibacterial properties. To do so, we will use innovative methods such as conception of self-assembled monolayers or electropolymerization technics.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The synthesis of two series of N-substituted pyrazoles from the cyclocondensation reaction of β-enaminones ([R1C(O)C(R2)=CHN(Me2)], where R1 = Me, C6H5, 3-MeOC6H4, 4-Me-C6H4, 4-MeO-C6H4, 4-F-C6H4, 4-Cl-C6H4, 4-Br-C6H4, 4-O2N-C6H4, fur-2-il, thien-2-il; R2 = H, 2-MeO-C6H4) and 2-hydroxyethylhydrazine or 1-pentafluorophenylhydrazine was demonstrated. The reactions were performed in five ionic liquids ([BMIM][BF4], [BMIM][Br], [BMIM][OH], [HMIM][HSO4] e [BPy][BF4]) with different physical and chemical properties to establish the best reaction conditions. In addition, a Brönsted (HCl) and a Lewis catalyst (BF3●OEt2) and two molecular solvents (ethanol and water) were evaluated. The best ionic liquid found for all reactions was [BMIM][BF4]; molecular solvent ethanol for reaction with 2- hydroxyethylhydrazine; and water for reaction with 1-pentafluorophenylhydrazine. On the other hand, in the case of the reaction with 2-hydroxyethylhydrazine, BF3●OEt2 was found to be the best catalyst, while with 1- pentafluorophenylhydrazine, HCl, was found to be the best one, when comparing both reactions in [BMIM][BF4]. In general, the results showed it is advantage in yields and reaction time the use of ionic liquids in relation to molecular solvents. This work also shows the synthesis and characterization of a series of ionic liquids containing a pharmacological cation and/or anion. The new ionic liquids were synthesized from the metathesis reaction between the lidochaine, benzalkonium or didecyldimethylamonium salts, to furnish the cation part; and sodium diclofenac, sodium flurbiprofenate, sodium flufenamicate, sodium salicylate, sodium saccharinate and potassium acesulfamate, to furnish the anion part. The new ionic liquids were obtained in moderate to good yields (56-89%) and were identified and characterized through the NMR, DSC and TGA data. / Este trabalho descreve a síntese de duas séries de pirazóis N-substituídos, a partir da reação de ciclocondensação entre β-enaminonas ([R1C(O)C(R2)=CHN(Me2)], onde R1 = Me, C6H5, 3-MeO-C6H4, 4-Me-C6H4, 4-MeO-C6H4, 4-F-C6H4, 4-Cl-C6H4, 4- Br-C6H4, 4-O2N-C6H4, fur-2-il, tien-2-il; R2 = H, 2-MeO-C6H4) e 2-hidroxietilidrazina ou 1-pentafluorfenilidrazina. As reações foram realizadas em diferentes líquidos iônicos ([BMIM][BF4], [BMIM][Br], [BMIM][OH], [HMIM][HSO4] e [BPy][BF4]) com propriedades físicas e químicas diferentes a fim de estabelecer as melhores condições para a obtenção dos 1-hidroxietilpirazóis e dos 1-pentafluorfenilpirazóis. Além disso, também foram avaliados diferentes catalisadores (HCl e BF3●OEt2) e dois solventes moleculares (etanol e água). Em ambos os casos, o líquido iônico [BMIM][BF4] apresentou os melhores resultados. No entanto, quanto ao catalisador avaliado, foi verificado um comportamento distinto. A reação entre hidroxietilidrazina e enaminonas [BMIM][BF4] foi melhor quando BF3●OEt2 foi utilizado como catalisador, enquanto que para a reação da pentafluorfenilidrazina, HCl se mostrou mais adequado. Além disso, o melhor solvente molecular encontrado para a reação com a 2-hidroxietilidrazina foi o etanol enquanto que no caso da 1- pentafluorfenilidrazina, a água apresentou resultados superiores em termos de tempo reacional e rendimento. Através dos resultados obtidos foi possível observar que a utilização de líquidos iônicos apresenta vantagens em relação a utilização de solventes moleculares. Nesta tese, também foram sintetizadas series de líquidos iônicos contendo componentes farmacologicamente ativos, tanto no cátion quanto no ânion do referido composto. Os novos líquidos iônicos duais foram sintetizados através de uma reação de metátese entre sais de lidocaína, benzalcônio ou didecildimetilamônio, os quais forneceram a parte catiônica, com diferentes sais como, diclofenaco de sódio, flurbiprofenato de sódio, flufenamicato de sódio, salicilato de sódio, sacarinato de sódio e acesulfamato de potássio. Esses compostos foram obtidos em rendimentos moderados a bons (56-89%), e foram identificados e caraterizados através de dados de RMN, DSC e TGA.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work reports the study of the molecular structure influence of ionic liquid (IL) derived from 1,8-bis(3-methylimidazolium-1-yl)octane in the aggregates formation in a solution ethanol in water (4,75%) and in ethanol (95%). Was varied the anions (Br-, NO3-, BF4-, SCN- e NTf2-) of IL and the aggregation behavior was investigated by various methods, such as differential scanning calorimetry (DSC), conductivity, surface tension, fluorescence and dynamic light scattering (DLS). In the ethanol in water solution (4,75%), the critical aggregation concentration values (cac) (114 to 205 mM), free energy of aggregation (ΔG°a) ( 15 to 18 kJ/mol) and ionization degree (α) (0,37 a 0,44) for the IL with Br-, NO3-, BF4-, SCN- significantly decreased with the increase of anion hydrophobicity. In ethanol, the cac values (165 to 500 mM) and ΔG°a ( 9 to 11 kJ/mol) also decreased with the increase of anion size and hydrophobicity. The free energy adsorption data (ΔG°ads) (-35 to -39 kJ/mol) demonstrated that the ILs, in general, have a good surfactant activity and this property improve with the decrease in the hydrophobic characteristics of anions. In general, in the solvents used in this study, the hydrodynamic radius (Rh) of aggregates ranged between 200 and 500 nm for all the ILs. The critical packing parameter was determined using data from the X-Ray (of IL 4) and surface tension, and showed that aggregates are micelar. The cac data was obtained by the techniques of conductivity, fluorescence and surface tension. Where, was observed that increasing the anion hydrophobicity of dicationic ILs structure favored the formation of aggregates, while less hydrophobic anions improved the surfactant properties of the IL structures. / Este trabalho relata o estudo da influência da estrutura molecular de líquidos iônicos (LI) dicatiônicos, derivados do cátion 1,8-bis(3-metilimidazolil-1-íneo)-octano, na formação de agregados em uma solução etanol em água (4,75%) e em etanol (95%). Variaram-se os ânions (Br-, NO3-, BF4-, SCN- e NTf2-) dos LI e o comportamento de agregação foi investigado através das técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), condutividade, tensão superficial, fluorescência e espalhamento de luz dinâmico (DLS). Na solução etanol em água (4,75%), os valores de concentração de agregação crítica (cac) (114 a 205 mM), energia livre de agregação (ΔG°a) ( 15 a 18 kJ/mol) e grau de ionização do contra-íon (α) (0,37 a 0,44) para os LI contendo os ânions Br-, NO3-, BF4-, SCN- diminuíram significativamente com o aumento da hidrofobicidade do ânion. Em etanol, os dados de cac (165 a 500 mM), ΔG°a ( 9 a 11 kJ/mol) para os LI com os ânions Br-, SCN- e NTf2- também diminuíram com o aumento do volume e hidrofobicidade dos ânions. Dados de energia livre de adsorção (ΔG°ads) (-35 a -39 kJ/mol) demonstraram que os LI dicatiônicos, de forma geral, possuem boa atividade tensoativa e esta propriedade aumenta com a diminuição das características hidrofóbicas dos ânions. Em geral, nos solventes utilizados no estudo, o raio hidrodinâmico (Rh) dos agregados variou entre 200 e 500 nm para todos os LI. Valores de parâmetro de empacotamento crítico (Pc) determinados a partir de dados de raios-X e tensão superficial indicaram que os agregados formados são micelares. Os dados de cac obtidos por condutividade, fluorescência e tensão superficial apresentaram-se de forma concordante. Observou-se que o aumento da hidrofobicidade da estrutura do ânion do LI dicatiônico favoreceu a formação dos agregados, enquanto que ânions menos hidrofóbicos melhoraram as propriedades tensoativas das estruturas dos LI.