SILVA FILHO, J. G. da. Propriedades vibracionais do dipeptídeo L,L-difenilalanina sob condições extremas de temperatura e pressão. 2017. 141 f. Tese (Doutorado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-09-14T15:05:09Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_jgsilvafilho.pdf: 25921851 bytes, checksum: 34e82a083cae2b577ef36be0747c32d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-09-15T19:56:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_jgsilvafilho.pdf: 25921851 bytes, checksum: 34e82a083cae2b577ef36be0747c32d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-15T19:56:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_jgsilvafilho.pdf: 25921851 bytes, checksum: 34e82a083cae2b577ef36be0747c32d1 (MD5) Previous issue date: 2017 / In this thesis, we investigated the stability of the aromatic dipeptide L,L-diphenylalanine under extreme conditions of temperature and pressure. Firstly, the crystalline phase of the dipeptide was confirmed by Rietveld analysis. During this refinement, the instrumental and structural parameters were refined and a good fit was found between observed and calculated peak positions. Next, we have studied the hexagonal phase of this dipeptide under both low- and high-temperature conditions, using nondestructive Raman spectroscopy and infrared techniques. The experimental bands have been assigned on the basis of first principles calculations. Infrared spectra were taken of the sample as the sample was cooled up to 160 K, whereas the Raman spectra were collected at even lower temperatures, around 20 K. Our vibrational data indicate a structural stability in this temperature range. On the other hand, Raman spectra recorded in the Y(XX)Y and Y(ZZ)Y polarization scheme for L,L -diphenylalanine provides evidence of a phase transition at high temperatures (≈ 390 K). The major changes occurring in the Raman spectrum of L,L-diphenylalanine involve the bands in the low-wavenumber region (≤ 200 cm-1), accompanied by the softening of the amide I peak and the broadening of bands associated with the vibrational motions of the aromatic radicals. This phase transition was confirmed by thermoanalytical methods and X-ray diffraction experiments. The XRD patterns were collected as the sample was cooled up to 83 K (≈ -190 ºC) and heated to 473 K (≈ 200 ºC). The hexagonal phase of the L,L-diphenylalanine is stable until the limit of 393-403 K is reached. Increasing the temperature from 403 to 413 K induces significant changes in the observed crystalline phase. Finally, we report a high-pressure study (0.0-7.4 GPa) of L,L-diphenylalanine crystals using Raman spectroscopy. The application of high-pressure leads to considerable modifications in the vibrational bands, mainly between 3.9 GPa and 4.6 GPa. This includes the disappearance of Raman bands in the spectral region associated with the lattice mode vibrations and changes in the relative intensities of some internal-mode lines. During decompression, from 7.4 GPa, the reversion to the hexagonal phase indicates that there is little or no hysteresis between 2.7 and 0.7 GPa. / Neste trabalho investigamos a estabilidade do dipeptídeo aromático L,L-difenilalanina sob condições extremas de temperatura e pressão. Inicialmente, confirmamos por meio do método Rietveld de refinamento a fase cristalina do monocristal do dipeptídeo. Os parâmetros instrumentais e estruturais foram refinados durante o processo e encontramos uma boa concordância entre o padrão de difração calculado e experimental. Em seguida, estudamos os efeitos de altas e baixas temperatura na estabilidade da fase hexagonal desse dipeptídeo, utilizando técnicas não destrutivas de espectroscopia Raman e infravermelho. Os movimentos vibracionais associados as bandas observadas experimentalmente foram atribuídos de acordo com cálculos de primeiros princípios. Os espectros infravermelho foram medidos para a amostra L,L-difenilalanina resfriada até 160 K, enquanto os espectros Raman foram coletados para temperaturas ainda menores, em torno de 20 K. Os dados vibracionais apontam a estabilidade da L,L-difenilalanina neste intervalo de temperatura. Por outro lado, espectros Raman obtidos em duas configurações de espalhamento Y(XX)Y e Y(ZZ)Y indicam uma transição de fase da L,L-difenilalanina em altas temperaturas (≈ 390 K). Entre as modificações vibracionais, destacam-se as mudanças na região espectral abaixo de 200 cm-1, acompanhadas do deslocamento da banda amida I e do alargamento de bandas associadas aos movimentos vibracionais dos radicais que compõem o dipeptídeo. A transição de fase apontada pelos experimentos de espectroscopia Raman em altas temperaturas foi confirmada por métodos termoanalíticos e através de experimentos de difração de raios-X. Os difratogramas foram obtidos para amostra resfriada até 83 K (≈ -190 ºC) e aquecida até 473 K (≈ 200 ºC). A fase hexagonal da L,L-difenilalanina permanece estável até o limite entre 393 e 403 K. A partir desse valor de temperatura, uma mudança perceptível na fase cristalina é observada. Por fim, foi realizado por meio de espectroscopia Raman um estudo do comportamento vibracional do dipeptídeo submetido a pressões hidrostáticas de até 7,4 GPa. Os resultados apresentaram grandes modificações nas bandas de baixas energias, acompanhadas de mudanças nas vibrações dos modos internos entre 3,9 e 4,6 GPa, indicando a ocorrência de uma transição de fase estrutural. Uma vez que o acoplamento entre as moléculas de água e os nanocanais do cristal L,L-difenilalanina é extremamente sensível à disposição tubular, as mudanças vibracionais, observadas na região espectral dos modos internos, podem ser interpretadas como modificações conformacionais no esqueleto do dipeptídeo. Após a descompressão do material, a partir de 7,4 GPa, verificamos que a transição de fase é reversível uma vez que o espectro ambiente é recuperado quando a pressão é completamente liberada.

Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2016. / O consumo de produtos eletrônicos pela sociedade provoca forte impacto ambiental no momento de descartar tais eletrônicos. Neste contexto, a busca por materiais ambientalmente amigáveis está alinhada às necessidades de nosso tempo. Nanoestruturas peptídicas derivadas de aminoácidos naturais possuem grande potencial para a fabricação de uma nova geração de dispositivos biodegradáveis, utilizando a rota de síntese de baixo para cima, sem a necessidade de caros processos litográficos. Neste trabalho, nanomateriais peptídicos foram utilizados tanto em sua forma pura quanto modificados com polímeros para a criação de dispositivos eletrônicos. Os efeitos da auto-organização das nanoestruturas sobre o desempenho e eficiência desses dispositivos foram investigados. Transistores orgânicos de efeito de campo (OFETs) baseados no dipeptídeo L,L-difenilalanina foram desenvolvidos pela primeira vez, tendo apresentado razões on/off e mobilidades da ordem de 103 e de 10-3 cm2 Vs-1. Esses valores são bastante promissores na busca de componentes eletrônicos que atendam às necessidades de desempenho atuais. Um diodo orgânico emissor de luz (OLED) também foi fabricado utilizando as nanoestruturas peptídicas de L,L-difenilalanina modificadas com o polímero emissor poli[2,7-(9,9-dioctilfluoreno)]. Embora o dispositivo tenha apresentado eficiência cerca seis vezes menor comparado ao sistema produzidos com o polímero puro, a introdução de peptídeos permitiu o uso de uma quantidade menor de polímero, além de exibir taxas de biodegradabilidade cerca de 85% maiores. A integração de nanoestruturas de peptídeos com dispositivos de eletrônica orgânica pode significar o início do desenvolvimento de materiais biodegradáveis para aplicação em dispositivos com alta demanda de consumo, tendo como consequência a diminuição do impacto ambiental proveniente da utilização destes dispositivos. / The consumption of electronic products in our society leads to strong environmental impact when such devices need to be discarded. In this sense, research on environmental friendly materials is aligned with the needs of our time. Peptide nanostructures derived from natural amino acids have great potential for producing a new generation of biodegradable devices using the "bottom-up" synthesis route without need for expensive lithographic processes. In this work, peptide nanomaterials were used either in pure form or modified with polymers for designing organic electronic devices and the effects of self-organization on performance and efficiency of these devices were investigated. Organic field effect transistors (OFETs) based on the dipeptide L-L-diphenylalanine were developed for the first time, exhibiting on/off and mobility values of the order of 103 and of 10-3 cm2 Vs-1. These values are very promising and meet the current performance needs in organic devices. An organic light emitting diode (OLED) was fabricated using a combination of peptide nanostructures and 9,9-dioctylfluorene emitting polymer. Although this device shows efficiency six times lower than those build up from pure polymer, they required a lower amount of polymer in the hybrid material and exhibited biodegradability rates ~ 85% higher than architectures exclusively based on pristine polymer. Integration of peptide nanostructures with organic electronic devices represent a milestone on developing biodegradable materials for use in devices with high demand in our society, resulting in reduced environmental impact.

Orientador: Prof. Dr. Herculano da Silva Martinho / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / Espectroscopia vibracional é uma ferramenta poderosa para investigar um grande número de sistemas, permitindo uma melhor compreensão de suas estruturas, composição química e propriedades físicas e químicas. Neste trabalho, nós aplicamos espectroscopia no infravermelho e Raman (espontâneo e anti-Stokes coerente, CARS) para estudar 2 sistemas: micro/nanotubos de difenilalanina (MNTFF) e água confinada em nanoporos presentes em fibras de ácido polilático (PLA). MNTFF é uma das nanoestruturas de peptídeos que tem ganhado grande atenção nos últimos tempos devido a suas interessantes propriedades químicas e físicas e, também, devido a sua correlação com a formação de fibrilas amilóides que são associadas com a doença de Alzheimer. Portanto, é de grande importância entender como o processo de automontagem ocorre, pelas seguintes razões: i) para obter, de forma controlada e reprodutiva, estruturas com determinada morfologia e tamanho para aplicações tecnológicas, ii) para desenvolver drogas terapêuticas capazes de prevenir ou controlar a formação das fibrilas amilóides e iii) é um tópico muito interessante do ponto de vista científico. Portanto, nós focamos na detecção de espectros vibracionais durante a formação dos MNTFF. Algumas características específicas dos espectros Raman sugerem, claramente, que as moléculas de FF formam espécies intermediárias antes da formação dos MNTFF, seguindo uma cinética de 2-etapas. Cálculos computacionais baseados na Teoria do Funcional Densidade (DFT) permitiram a atribuição dos modos vibracionais da espécie intermediária. Nós também investigamos a homogeneidade estrutural dos MNTFF analisando a distribuição da frequência e largura de linha de algumas bandas selecionadas. Nossos resultados indicaram que as regiões mais externas dos MNTFF contém quantidade diferente de moléculas de água nos canais hidrofílicos em relação às regiões mais internas. Já o estudo das propriedades físicas da água confinada em nanoporos de fibras de PLA foi motivado pelas propriedades anômalas da água. Entretanto, o método utilizado para confinar água não garantiu o confinamento das moléculas de água no interior dos poros. / Vibrational spectroscopy is a powerful tool to invetigate a wide range of systems to gain a deeper understanding of their structures, chemical composition, molecular dynamics, physical properties and so on. In this work, we applied Raman and infrared spectroscopy in order to study 2 different systems: micro/nanotube of diphenylalanine (FF-MNT) and confined water in nanoporous of polylactic acid (PLA) fibers. FF-MNT is one of peptides nanostructures that has gained great attention due to its interesting properties and its correlation to the formation of -amyloids fibrils which is associated to Alzheimer¿s disease. Therefore, it is of extremely importance to understand how the self-assembly process takes place due to the following reasons: i) to obtain, in a controlled and reproductive way, structures with determined morphology and size to use them in technological applications, ii) to develop therapeutic drugs capable of preventing or controlling the amyloid formation, and iii) it is an interesting topic from scientific point of view. We focused on the detection of vibrational spectra during the formation of supramolecular structures after triggering the process with water injection. Specific features in the Raman spectra clearly suggest that FF-molecules after water injection form an intermediate species before forming the FF-MNT, following a 2-step kinetics. Density Functional Theory (DFT) computational simulations results enabled us assign the vibrational modes of the intermediate species and stablish an mechanism selfassembling mechanism based on electric-dipole interactions among the FF-monomers. We also investigated the structural homogeneity of FF-MNT by checking the distribution of frequency and linewidth of some selected bands. Our results indicated the outer and inner regions of MNT present different number of water molecules in the hydrophilic channel. The study of physical properties of confined water in nanoporous of PLA fibers was motivated by anomalous properties of water. However, unfortunately, it was found the method we used to confine water did not guarantee the confinement of water molecules in PLA fibers.