Orientadores: Edvaldo Sabadini, Rosângela Barros Zanoni Lopes Moreno / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:17:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_RobertaKamei_D.pdf: 3168201 bytes, checksum: 311be9e2895bc6d972563662136638fa (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O presente trabalho descreve o potencial das micelas gigantes como aditivos para facilitar operações de gravel-pack. O objetivo da operação de completação gravel-pack é obtenção de um filtro de areia ou cerâmica (gravel) capaz de conter areia da formação durante a produção de um poço de petróleo. As micelas gigantes podem ser utilizadas na fase de preenchimento do gravel-pack, com a finalidade de produzir um sistema capaz de reduzir as perdas de carga geradas pelo fluxo turbulento do fluido (por redução de atrito hidrodinâmico), melhorar a homogeneidade da distribuição de areia na dispersão e, consequentemente, viabilizar a operação em cenários de janela operacional estreita. O fênomeno de redução de atrito hidrodinâmico está relacionado com a menor energia requerida para o escoamento de líquidos em regime turbulento, quando certas macromoléculas estão dissolvidas. Estudos indicam que a redução de atrito hidrodinâmico pode estar diretamente relacionada à flexibilidade e ao tamanho de macromoléculas, que podem interagir com os vórtices e evitar a dissipação da energia. Soluções de alguns surfactantes, em determinadas condições, podem formar micelas alongadas (gigantes). O sistema resultante possui algumas características de soluções poliméricas, sendo capaz de produzir o mesmo efeito, sem, no entanto, sofrer degradação mecânica devido ao bombeamento ou cisalhamento prolongado. Foram desenvolvidos estudos fundamentais a partir de medidas reológicas, calorimétricas e de espalhamento dinâmico de luz para investigar a estabilidade térmica e mecânica de micelas gigantes formadas por surfactantes catiônicos e ânions aromáticos. Em seguida, foram avaliadas as melhores composições, nas quais se obtiveram significativos níveis de redução de atrito hidrodinâmico em condições de temperaturas de fundo de poço, em soluções de alta salinidade e usando-se micelas gigantes formadas por surfactantes comerciais. Os resultados desses estudos fundamentais foram utilizados para avaliar o desempenho das micelas gigantes em circuitos de escoamento. Também foi verificado o efeito da presença das micelas gigantes no arraste do grão de areia, em condições próximas às das operações de gravel-pack / Abstract: This thesis describes the potential of wormlike micelles as additives to improve gravel-pack operations. The aim of the completion operation of grave-pack is to create a sand or ceramic filter able to contain the sand formation during the gravel-pack operation in order to produce a system capable of reducing friction losses on a fluid in turbulent flow (by drag reduction), to improve the homogeneity of the distribution of sand dispersion and thus facilitate the operation in case of narrow window scenarios. The phenomenon of drag reduction is related to the lower energy required for liquid transports in turbulent flow when certain macromolecules are dissolved. Studies indicate that drag reduction can be directly related to the flexibility and size of the macromolecules, which can interact with the vortices and prevent dissipation of energy. Solutions of some surfactants, under certain conditions, can form long micelles (wormlike micelles). The resulting system has some characteristics of polymer solutions, being able to produce the same effect, however without suffering degradation due to pumping or high shear. Fundamental studies were conducted using rheological, calorimetric and dynamic light scattering measurements in order to investigate the thermal and mechanical stability of wormlike micelles formed by cationic surfactants and aromatic anions. Then, the best compositions were evaluated, which were obtained significant levels of drag reduction under bottom hole temperature, in solutions of high salinity and using wormlike micelles formed by commercial surfactants. The results of these fundamental studies were used to evaluate the performance of wormlike micelles in flow loops. We also checked the effect of the presence / Doutorado / Físico-Química / Doutora em Ciências

Orientador: Edvaldo Sabadini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T20:28:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Clinckspoor_KarlJan_M.pdf: 16885506 bytes, checksum: bf5bdbaa99957493be29510c93bbd89d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O papel estrutural de cossolutos derivados de cinamato para a formação de micelas gigantes de surfactantes catiônicos. Micelas gigantes (MG) são estruturas de autoassociação de surfactantes que podem ser formadas pela adição de cossolutos aromáticos, como salicilato, a soluções de surfactantes catiônicos como CTAB e TTAB (brometo de cetiltrimetilamônio e brometo de tetradeciltrimetilamônio). Estudou-se o papel de derivados estruturais do ácido cinâmico (C6H6-CH=CH-COOH), a saber, ácido ortohidroxicinâmico (OHCA), ácido ortometoxicinâmico (OMCA), ácido ortohidroxifenilpropiônico (OHPA), ácido 3-fenilpropiônico (3PPA) na formação de MG de CTAB e TTAB, em pH 6, e também foi estudada a variação de pH de soluções com OHCA, entre pH 6 e 11. As técnicas principais utilizadas foram: Reologia oscilatória, Espalhamento estático de luz (SLS), Calorimetria de titulação isotérmica (ITC), Espalhamento de raio X em baixo ângulo (SAXS) e Microscopia de transmissão eletrônica em temperaturas criogênicas (Cryo-TEM). Variando a estrutura dos cossolutos, foi possível observar que tanto a presença da ligação dupla do cinamato quanto a de uma hidroxila na posição orto contribuem para a formação de MGs. Quando o cossoluto possui esses dois grupos, que é o caso do OHCA, as micelas são formadas em proporções muito baixas de [TTAB]/[Cossoluto], como foi visto por ITC. Quando o cossoluto possui somente um dos grupos, a formação de micelas ocorre em proporções maiores (OHPA, OMCA, Cinamato) e quando possui nenhum dos dois grupos (3PPA), não são formadas micelas gigantes. As estruturas das micelas de cada região do ITC foram inferidas por SLS e ensaios viscosimétricos. Variando-se o pH das soluções de OHCA com TTAB, observou-se que quanto maior o pH, as micelas são formadas em proporções maiores e a entalpia de formação é menor. Por reologia, foi visto que em pH 9, o sistema formado possui um tempo de relaxação muito maior que em pHs 6-8, em pH 10 o sistema não é mais Maxwelliano e em pH 11, a solução é fluída como água. Isso ocorre porque, quanto maior o pH, o OHCA se torna mais hidrofólico e menor é sua partição no interior da micela / Abstract: The structural role of cossolutes derived from cinnamate in the formation of cationic surfactante wormlike micelles. Wormlike micelles (WLM) are surfactant self-assembly structures that can be formed by the addition of aromatic cossolutes, like salicylate, to solutions of cationic surfactants like CTAB and TTAB (cetyltrimethylammonium bromide and tetradecyltrimethylammonium bromide). We studied the structural role of structural derivatives of cinnamic acid (C6H6-CH=CH-COOH), namely, orthohydroxycinnamic acid (OHCA), orthomethoxycinnamic acid (OMCA), orthohydroxyphenylproprionic acid (OHPA), 3-phenylpropionic acid (3PPA) on the formation of wormlike micelles of CTAB and TTAB, at pH 6. We also studied the variation of pH, ranging from 6 to 11, on OHCA WLM. The main techniques used were: Oscillatory rheology, static light scattering (SLS), isothermal titration calorimetry (ITC), small angle x-ray scattering (SAXS) and cryogenic temperature transmission electron microscopy (Cryo-TEM). By varying the structure of the cossolutes, it was possible to see that both the presence of a double bond and an ortho-hydroxyl favor the formation of WLM. When the cossolute has both groups (OHCA), the WLM are formed at very low [TTAB]/[Cossolute], as was seen by ITC. When the cossolute has only one of those groups the WLMs are formed at higher proportions (OHPA, OMCA, Cinnamate) and when it doesn't have either groups (3PPA), no WLMs are formed. The structures at each concentration region were inferred by viscosimetry and SLS. When varying the pH of OHCA, it was observed that the higher the pH, the proportion for the formation of WLM is increased, and the enthalpy of formation is smaller. By rheology it was seen that at pH 9, the system formed has a much higher relaxation time than at pH 6-8, at pH 10 the system isn't Maxwellian and at pH 11, the system is liquid. This occurs because by increasing the pH, the hydrophilicity of OHCA is increased, and smaller is its partition on the WLM palisade / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Investigou-se o efeito do \"caráter iônico\" de interfaces zwitteriônicas, formalmente neutras, representadas por micelas e vesículas obtidas de monômeros com cabeça hidrofílica dipolar, nas propriedades de acumulação e troca de espécies iônicas. Os sistemas estudados incluíram, micelas de 1-(N-hexadecil-N,N-dimetilamônio) propanossulfonato (HPS), Hexadecil fosforil colina (C16PN), 3-hexadecil glicerofostidil colina (lisoPC) e vesículas de fosfatidil colina (PC). O estudo da ligação e troca iônica nestas interfaces foi monitorado a partir de efeitos sobre reações prototrópicas de sondas como a 8-hidroxi-1,3,6-pirenotrisulfonato de sódio (piranina). Observou-se a ligação crescente da piranina na seguinte ordem lisoPC < C16PN < HPS e troca iônica com sais adicionados (função do ânion) na ordem inversa, isto é, lisoPC &gt; C16PN &gt; HPS. Estudos de reprotonação de 1 e 2 naftóis incluídos nestes agregados, via salto de pH induzido por laser, revelaram um perfil de concentração de prótons inverso àquele das cargas do dipolo, isto é, concentração nos polos negativos e exclusão nos positivos. Este resultados foram ainda reforçados por estudos de excitação de volume, via espalhamento de luz, com micelas de HPS em função de sal adicionado. A partir destes resultados propôs-se um modelo de capacitor esférico imerso em meio eletrolítico para estas interfaces, o qual se mostrou bastante versátil na análise e previsão de resultados experimentais. Em suma, estabeleceu-se no presente trabalho a visão de que interfaces dipolares são geradoras de assimetria iônica na circunvizinhança da interface, assimetria esta de polaridade invertida àquela do dipolo radialmente disposto à interface. A generalidade deste modelo pode ser extrapolado para outras interfaces e colaborar na compreensão de diversos processos que dependem da acumulação e troca iônica. / The effect of ionic domains of formally neutral zwitterionic interfaces, represented by micelles and vesicles obtained with dipolar headgroups amphiphiles, on the binding and exchange of ionic species were investigated. The systems studied included: aqueous micelles of 1-(N-hexadecyl-N,N-dimethylammonio) Propane Sulfonate (HPS), Hexadecyl Phosphoryl Choline (C16PN), and 1-hexadecylglycerophostidyl Choline (lisoPC) and vesicles of Phosphatidylcholine (PC). Binding and ion-exchange processes were assessed from the effect of these agreggates on prototropic reactions of probes such as 8-hydroxy-1,3,6-pyrenetrisulfonate pyranine). Binding of pyranine increased in the following order lisoPC < C16PN < HPS. The effectiveness of anion dependent salt displacement of the probe from the aggregates was opposite to that of affinities, i.e. lisoPC &gt; C16PN &gt; HPS. Laser pH jump studies with 1 and 2 naphtols incorporated in these aggregates revealed a proton concentration profile inverse to that of the charged dipole, that is, accumulation in the region vicinal to the negatively charged group and exclusion from the positive end of the dipole. This finding were substantiated by HPS micelle excluded volume data, obtained from light scattering studies as function of added salt. A model of a spherical capacitor immersed in an electrolyte media for these interfaces was proposed. This model accounts for satisfactorily the observed characteristics of these interfaces. The model establishes that dipolar interfaces generate ionic asymmetries in the neighborhood of the interface that opposes the radially extended monomer dipole. The generality of the model can be very helpful in the analysis and understanding of several processes occurring in/at zwitterionic interfaces.

O câncer de mama é a segunda principal causa de morte entre as mulheres nos países em desenvolvimento, devido ao seu alto grau de malignidade. O tratamento baseia-se, principalmente, em terapias hormonais, uma vez que as células deste tipo de tumor expressam, em sua maioria, um elevado número de receptores hormonais, responsáveis pela regulação do crescimento do mesmo. O tamoxifeno é um fármaco da classe dos moduladores seletivos de receptores de estrógeno, que atua através do antagonismo à ativação de tais receptores por este hormônio, reduzindo, assim, a taxa de crescimento celular do tecido tumoral. Embora o tratamento com tamoxifeno seja altamente efetivo, este se relaciona a severos efeitos colaterais dosedependentes. O objetivo central deste trabalho foi desenvolver sistemas micelares de longo tempo de circulação contendo tamoxifeno, preparados à base do fosfolipídeo DSPE-PEG(n), associado ou não ao derivado de vitamina E TPGS, para administração intravenosa, capazes de permitir um acúmulo maior do fármaco no sítio tumoral devido a suas dimensões nanométricas, permitindo, desta forma, a redução da dose e a consequente redução dos efeitos colaterais. A determinação da eficiência de encapsulação e a quantificação do tamoxifeno no estudo de liberação in vitro a partir dos sistemas obtidos foram realizadas por CLAE, utilizando métodos previamente validados. Os melhores resultados foram alcançados com as formulações à base de DSPE-PEG(2000) e TPGS, preparadas pelo método de evaporação do solvente, as quais apresentaram diâmetro médio inferior a 20 nm, baixo índice de polidispersividade e eficiência de encapsulação entre 70 e 95%. A análise por microscopia eletrônica de transmissão evidenciou o formato esférico e comprovou a homogeneidade do tamanho das partículas. Os sistemas foram caracterizados, ainda, por espectrofotometria no infravermelho para avaliação de possíveis interações entre os componentes das formulações. O perfil de liberação in vitro demonstrou que após 168 h, no máximo cerca de 30% do fármaco foi liberado, verificando-se que o aumento na quantidade de TPGS na formulação reduziu a porcentagem de tamoxifeno liberado. A baixa taxa de liberação in vitro sugere que a maior parte do fármaco mantenha-se no interior da estrutura micelar durante o período de permanência no sangue, favorecendo a chegada da nanoestrutura íntegra ao sítio tumoral. No estudo do perfil de concentração plasmática em ratas Wistar, não foi possível detectar o fármaco e seu principal metabólito pelo método por CLAE desenvolvido, sugerindo que os sistemas micelares tenham extravasado rapidamente para os órgãos. / Breast cancer is the second main cause of death among women in development countries due to their high malignance grade. The treatment is mainly based on hormonal therapies, once the cells of the majority of mammary tumors express a high number of hormone receptors, responsible for the tumor growth. Tamoxifen is a selective estrogen receptor modulator drug, acting through the antagonism of the activation of the estrogen receptor, reducing thus the tumor growing rate. Despite the treatment with tamoxifen is highly effective, it is related to severe dose-dependent side effects. The central objective of this work was the development of long time circulation micelles containing tamoxifen, prepared with the phospholipid DSPEPEG(n) and TPGS, a vitamin E derivative, by the method of solvent evaporation, for intravenous administration, able to allow a higher accumulation of the drug at the tumoral site due to their nanometric dimensions, leading to a reduction in the dose and consequently in the side effects. The determination of the encapsulation efficiency and the quantification of tamoxifen in the in vitro release profile study from the micellar systems were carried out by HPLC, using methods previously validated. The best results were achieved with the formulations based on DSPE-PEG(2000) and TPGS, which showed mean particle diameter less than 20 nm, low polydispersity index and encapsulation efficiency ranging from 70 to 95%. The transmition electronic microscopy pointed the spherical shape and proved the homogeneity of particle size. The systems were also characterized by infrared spectrophotometry to identify eventual interactions among the components of the formulations. The in vitro release profile study showed that after 168 h, a maximum of about 30% of tamoxifen was released, evidencing that the increase of the TPGS amount in the formulation reduced the amount of tamoxifen released. The low rate of in vitro release drug suggests that the major part of the drug will remain encapsulated during the period of blood permanence, favoring the arrival of the intact nanostructure at the tumoral site. During the evaluation of the plasmatic concentration profile, conducted with Wistar rats, it was not possible to detect neither the tamoxifen nor its main metabolite, suggesting that the intact micelles may have quickly accumulated in the organs.

O ácido clavulânico (AC) é um potente inibidor de &#946;-lactamases, sendo utilizado em associação com antibióticos &#946;-lactâmicos. Atualmente, a purificação industrial do AC envolve, principalmente, processos de extração líquido-líquido com solventes orgânicos e etapas cromatográficas. Assim, métodos alternativos como os sistemas micelares de duas fases aquosas (SMDFA), os quais oferecem seletividade na partição de biomoléculas de acordo com sua hidrofobicidade, são de grande interesse. O presente trabalho teve como objetivo estudar a partição do AC em sistemas micelares não iônicos de duas fases aquosas, puros e com adição do sal (NH4)2SO4 ou do polímero sulfato de dextrana (Dx-S). Os estudos de estabilidade do AC mostraram que o fármaco é mais estável em pH 6,5 e temperaturas mais baixas (5 - 20 ºC). Em relação à presença dos aditivos, foi verificado que a adição do Dx-S acarretou em menor perda da estabilidade do AC quando comparado ao (NH4)2SO4, com valor residual &#8805; 90% a 35 °C. Na presença dos tensoativos Triton X-114 e Triton X-100, o AC apresentou-se estável, com valor residual de aproximadamente 100%. De acordo com os ensaios de partição, o AC foi recuperado preferencialmente na fase pobre em micelas, tanto nos sistemas TX/tampão quanto TX/sal para ambos os tensoativos, com valores de coeficiente de partição (KAC) ~ 0,7 e rendimento na fase diluída (Yclavd) ~ 75%. A adição do polímero em maiores concentrações (&#8805; 8% p/p) proporcionou um pequeno aumento nos valores de KAC, porém com valores ainda próximos a 1 - 1,5. Portanto, os resultados demonstraram que a presença dos aditivos não influenciou suficientemente a partição do AC para a fase micelar e, desta maneira, os sistemas TX/tampão mostraram ser mais eficientes para a recuperação do ácido clavulânico na fase pobre em micelas, podendo ser empregados como etapa prévia de extração em um processo biotecnológico. / Clavulanic acid (CA) corresponds to a potent &#946;-lactamase inhibitor that is used in association with &#946;-lactamic antibiotics. The industrial purification of CA usually involves liquid-liquid extraction processes employing organic solvents followed by several chromatographic steps. Therefore, new purification alternatives such as aqueous two-phase micellar systems (ATPS) are of great interest. These systems can provide selectivity in biomolecule partitioning according to hydrophobicity and other molecular properties. Within this context, the main goal of this study was to investigate CA partitioning in aqueous two-phase micellar (nonionic) systems, with and without the addition of (NH4)2SO4 or dextrane sulfate (Dx-S). Stability studies performed with CA indicated that the drug is more stable at pH 6.5 and lower temperatures (5 - 20 ºC). In addition, it was demonstrated that Dx-S addition led to a lower loss of CA stability in comparisson to (NH4)2SO4, with residual values &#8805; 90% at 35 °C. The drug was found to be very stable in the presence of the surfactants Triton X-114 and Triton X-100, with residual values around 100%. Regarding CA partitioning in the ATPMS, the drug partitioned preferentially to the micelle-poor phase, irrespective of the surfactante employed and of the presence of (NH4)2SO4,with partition coefficient (KAC) ~ 0.7 and yield in the poor phase (Yclavd) ~ 75%. Nonetheless, the addition of Dx-S in concentrations (&#8805; 8.0% p/p) resulted in a discrete increase in KAC, with values around 1 - 1.5. Therefore, the results obtained in this work demostrated that the addition of (NH4)2SO4 or Dx-S to ATPMS did not significantly influenced CA partitioning to the micelle-rich phase and, in this context, the systems investigated could be considered more eficiente for CA recovery in the micelle-poor phase, as a previous extraction step of a biotechnological process.

Uma das propriedades fundamentais de soluções de micelas aquosas é sua capacidade de solubililizar uma ampla faixa de solutos orgânicos com diferentes graus de polaridade e hidrofobicidade. Recentemente Quina et. aI., estudaram as interações químicas específicas que governam a solubilidade para um ampla faixa de solutos orgânicos em micelas usando relações lineares de energia livre de solvatação (LSERs), baseado nos parâmetros empíricos do soluto desenvolvido por Abraham. O presente trabalho trata a solubilização de solutos orgânicos em micelas baseado em parâmetros obtidos unicamente da estrutura molecular do soluto através de cálculos de química quântica. Nossos resultados mostram que valores experimentais de Ks para solubilização de solutos orgânicos em detergentes aniônicos (micelas de SDS, dodecil sulfato de sódio e agregados de SDS com PEG-polietilenoglicol) podem ser reproduzidos usando parâmetros teóricos. A relação linear teórica de energia livre de solvatação resultante é quimicamente condizente com LSERs baseados em parâmetros empíricos do soluto. No caso de detergentes catiônicos e não iônicos, a metodologia apresenta limitações, por que o método de cálculo de cargas formais usando a definição de análise populacional de Mulliken não descreve de maneira apropriada o caráter ácido e básico das pontes de hidrogênio entre os solutos e a água. Alternativas para resolver o problema da limitação imposta pelos parâmetros teóricos, mantendo a aproximação linear de energia livre, são discutidas. / One of the most fundamental properties of aqueous micelar solutions is their ability to solubilize a wide variety of organic solutes with quite distinct polarities and degree of hydrophobicity. Recently Quina et al., studied the specific chemical interactions governing the solubilities of a wide range of solutes in micelles using linear solvation energy relationships (LSERs) based on empirical solute parameters developed by Abraham. This work reports an investigation of the solubilization of organic solutes in micelles based on the use of theoretical solute parameters derived from quantum chemical calculations Our results show that the experimental Ks values for solubilization of organic solutes in anionic detergents (micelles of SDS-sodium dodecyl sulfate and aggregate formed between SDS and PEG-poly(ethylene glycol)) can be reproduced using theoretical parameters. The resultant theoretical linear solvation energy relationships are chemically consistent with LSERs based on empirical solute parameters. In the case of cationic and nonionic detergents, the theoretical parameters used to describe hydrogen bonding fail because methods of calculating formal charges using the concept of Mulliken populational analysis cannot describe hydrogen bonding donor and acceptor character in an appropriate way. Possible strategies to solve the theoretical descriptor problem in the context of the linear free energy approximation are discussed.

Esta tese apresenta resultados da caracterização estrutural de três sistemas de classes diferentes por meio, principalmente, da modelagem de dados de espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS). No sistema surfactante-surfactante as micelas mistas são formadas por dodecil sulfato de sódio (SDS) e um dos surfactantes da série Tween (Tween 20, 40, 60 e 80). A modelagem adotada impôs vínculos moleculares uma vez que os dados de SAXS estavam em escala absoluta. Isso reduziu a ambiguidade nos valores dos parâmetros ajustáveis e permitiu verificar que os dados de SAXS são satisfatoriamente descritos considerando-se que as micelas são elipsoides de revolução core-shell, podendo ser prolatas ou oblatas dependendo do tipo de Tween empregado. Para o sistema proteína-surfactante, a metodologia experimental utilizada permitiu um estudo estrutural e termodinâmico dos complexos formados por meio do acompanhamento do processo de ligação de SDS às proteínas lisozima e alfa-lactalbumina. A técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) forneceu um panorama geral sobre a desnaturação proteica e norteou os experimentos seguintes de SAXS e dicroísmo circular (CD). Por meio da análise dos dados de CD concluiu-se que as proteínas perdem quase totalmente sua estrutura terciária, mas não a secundária (esse estado é conhecido como molten globule). Já a modelagem de SAXS em escala absoluta com imposição de vínculos permitiu concluir que os complexos proteína-surfactante podem ser entendidos micelas decoradas, isto é, a proteína está distribuída sobre a superfície de uma micela de SDS. Esse modelo, aliado à abordagem experimental empregada, permitiu a caracterização sistemática dos complexos durante a desnaturação proteica. Em relação ao sistema lipossomas-(bio)ativos, a análise dos dados de SAXS por meio do Método da Deconvolução Gaussiana usando bicamadas simétricas, para os sistemas Phospholipon 90H curcumina/vitamina D3 e dipalmitoilfosfatidilcolina de soja (DPPC) ácido láurico (LA), e assimétricas, para o caso fosfatidilcolina de ovo (EPC) sumatriptano (SMT), permitiu acompanhar mudanças na estrutura das mesmas ocasionadas pela presença dos (bio)ativos. Verificou-se em todos os casos que a espessura da bicamada se mantém praticamente constante. A flexibilidade membranar aumenta, seja em função da temperatura, para o sistema Phospholipon 90H curcumina/ vitamina D3, seja em função da concentração de (bio)ativos, como nos outros dois casos. Para estes, concluiu-se pela análise dos perfis de contraste de densidade eletrônica que os (bio)ativos interagem preferencialmente com as cabeças polares dos fosfolipídeos que constituem os lipossomas, possivelmente causando defeitos topológicos nessa região e ocasionando o aumento da flexibilidade membranar mencionada antes. LA, diferentemente de SMT, induz uma transição de lipossomas multilamelares para unilamelares, e esse fenômeno é grandemente influenciado pelo pH do meio. / This thesis presents a structural characterization of three systems of different classes through, mainly, the small angle X-ray scattering (SAXS) technique. In the surfactant-surfactant system the mixed micelles are composed by sodium dodecyl sulfate (SDS) and one of the Tween surfactants (Tween 20, 40, 60 and 80). The adopted modeling imposed molecular constraints since the SAXS data was in absolute scale. This procedure reduced the ambiguity in the values of the adjustable parameters and allowed to verify that SAXS data is satisfactorily described considering that the micelles are core-shell revolution ellipsoids which can be prolate or oblate depending on the type of Tween used in the micelle. For the protein-surfactant system, the applied experimental methodology allowed a structural and thermodynamic study of the complexes formed through monitoring the binding of SDS to the proteins lysozyme and alpha-lactalbumin. Isothermal titration calorimetry (ITC) technique provided an overview of proteic denaturation and guided the following experiments of SAXS and circular dichroism (CD). From CD data analysis it was concluded that the proteins lose almost totally their tertiary structure, but not the secondary one (this state is known as \"molten globule\"). On the other hand, SAXS data modeling in absolute scale with molecular constraints leaded to the conclusion that protein-surfactant complexes can be considered decorated micelles in which the protein is distributed over a SDS micelle surface. This model, combined to the adopted experimental procedure, allowed the systematic characterization of the complexes along the protein denaturation. In the liposome-(bio)actives system, the SAXS data analysis using the Gaussian Deconvolution Method assuming symmetric bilayers, for the systems Phospholipon 90H curcumin /vitamin D3 and soybean dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) lauric acid (LA), and asymmetric bilayers, in the case of egg phosphatidylcholine (EPC) sumatriptan (SMT) system, allowed to follow changes in the lipid bilayer structure induced by the presence of the (bio)actives. It has been found, in all cases, that the bilayer thickness remains approximately. Membrane flexibility increases, depending on the temperature, for the Phospholipon 90H curcumin /vitamin D3 system, or as a function of the (bio)actives concentrations, as in the other two cases. For those, it was concluded, by the analysis of electron density contrast profiles, that the (bio)actives preferentially interact with the polar heads of the phospholipids forming the liposomes, possibly causing topological defects in that region and leading the membrane flexibility increase. LA, unlike SMT, induces a transition from multilamellar to unilamellar liposomes, and this phenomenon is greatly influenced by the pH of the medium.

Duas séries homólogas de tensoativos foram sintetizadas, os cloretos de benzil-(3-acilaminopropil)dimetilamônio, RCONH(CH'ind.2')3N'pot.+'(CH'ind.3')]pot.2'CH'pot.2'C'pot.6'H'pot.5'Cl'pot.-'e (3-acilaminopropil)trimetilamônio, RCONH[(CH'pot.2')]'ind.3'N'pot.+'(CH'ind.3')'pot.3'Cl'ind. -' , onde RCO = C'ind.10' a C'ind.16'. A síntese foi realizada a partir de precursor comum, RCONH(CH'ind.2')'pot.3'N'(CH'ind.3')ind.2', sendo a quaternização feita pela reação com cloreto de benzila e iodeto de metila (seguido de troca iônica), respectivamente. Investigou-se a adsorção na interface solução/ar, a micelização e a estrutura dos agregados formados. Os resultados foram comparados com os de tensoativos catiônicos. Algumas das propriedades micelares das séries estudadas (ex: concentrações micelares críticas, graus de dissociação, números de agregação) tem valores na mesma faixa de grandeza dos outros tensoativos catiônicos com o mesmo tamanho de cadeia hidrofóbica. Outras, por exemplo, a energias livres de Gibbs de adsorção e micelização são diferentes (mais favoráveis). Os resultados apontam para o fato de que o grupo 3-amidopropila, [-CO-NH-CH'ind.2'-CH'ind.2'-CH'ind.2'-], quando inserido na molécula do tensoativo, acaba constituindo parte do seu grupo hidrofílico e facilita a micelização do mesmo. A polaridade microscópica da água interfacial foi determinada usando sondas solvatocrômicas e mostra que a água interfacial é menos polar que água 'bulk'. / The following surfactants have been synthesized: benzyl-(3-acyl-aminopropyl)dimethylammonium chloride, RCONH(CH'ind.2')'ind.3'N'pot.+'(CH'ind.3')'ind.2'CH'ind.2'C'ind.6'H'ind.5' Cl'pot.-' and (3-acylaminopropyl) trimethylammonium chloride, RCONH(CH'ind.2')'ind.3'N'pot.+'(CH'ind.3')'ind.3' Cl'ind.-', where RCO = C'ind.10' to C'ind.16'. The two series have been synthesized from the precursor RCONH(CH2)3N(CH3)2, by quaternization with benzyl chloride, and/or methyl iodide (followed by ion exchange), respectively. Adsorption at solution/air interface and micellization in aqueous solution has been studied, and the results compared with those of other cationic surfactants. Some properties, e.g., critical micelle concentrations, degrees of micelle dissociation, and aggregation numbers are similar to those of other cationic surfactants of equivalent hydrophobic chain length. The Gibbs free energies of adsorption at solution/air interface, and of micellization are, however, more favorable. The group [-CO-NH-CH'ind.2'-CH'ind.2'-CH'ind.2'-] is a part of the interface, and lead to favorable micellization. The microscopic polarity of interfacial water has been measured by appropriate solvatochromic probes, and is less than that of bulk water.

Micelas são agregados coloidais formados por moléculas anfifílicas i.e., moléculas com uma região hidrofóbica e uma porção hidrofílica (surfactantes). Efeitos específicos de íons (EEIs) são observados em micelas iônicas, uma vez que as propriedades físico-químicas de agregado micelares, como tamanho e geometria, dependem da natureza do contra-íon. Diferentes ânions inorgânicos produzem alterações modestas nas propriedades de agregados micelares catiônicos, mas ânions orgânicos podem induzir efeitos mais pronunciados, como transições de forma do agregado ou separações de fase. Em sistemas micelares, os EEIs podem estar relacionados a: (a) diferenças na localização dos ânions nas micelas; (b) diferenças na hidratação micellar e de íons; e (c) possível formação de pares iônicos entre surfactantes e contra-íons na interface micelar. Diversos modelos foram desenvolvidos para descrever a formação e estabilidade de agregados micelares, considerando diferentes termos energéticos que possivelmente contribuem para a formação/estabilidade de micelas. Contudo, os termos descritos acima (a - c) geralmente não são incluídos nos modelos micelares. Assim, não deve ser possível predizer as propriedades de micelas catiônicas, usando os modelos atuais, caso o contra-íon seja pequeno, desidratado e capaz de formar pares iônicos, como o ânion trifluorometilsulfonato (triflato, Tf). Tendo isso em vista, determinamos as propriedades micelares de triflato de dodeciltrimetilamônio (DTATf) e comparamos com micelas análogas formadas por brometo, cloreto e metanosulfonato, visando identificar diferenças estruturais das micelas e suas origens. Para determinação de propriedades micelares, utilizamos uma série de técnicas experimentais: fluorescência resolvida no tempo, espalhamento de raio-X de baixo ângulo, condutometria, cinética química, ressonâncias paramagnética eletrônica e magnética nuclear e espectroscopia de relaxação dielétrica, entre outras. Observamos que o agregado de DTATf possui uma estrutura discoidal altamente empacotada, ordenada e desidratada e estas propriedades foram reproduzidos em simulações de dinâmica molecular. A análise do conjunto de resultados obtidos para DTATf demonstrou que a formação de pares iônicos na interface micelar induz severas alterações nas propriedades micelares, como a desidratação dos agregados. Os dados obtidos com DTATf demonstram claramente que, para um modelo teórico de sistemas micelares ser capaz de predizer propriedades micelares de diferentes agregados, a possibilidade de formação de pares iônicos na interface micelar e as interações específicas entre contra-íons e surfactantes devem ser modeladas. Adicionalmente, devido aos resultados aqui reportados e analisando outros sistemas interfaciais, propomos um papel mais fundamental para a água (interfacial ou de hidratação) nas propriedades micelares / Micelles are colloidal aggregates formed by amphiphilic monomers i.e., molecules with a hydrophobic and a hydrophilic moiety (surfactants). Specific ion effects (SIEs) are observed in cationic micelles, because the physicochemical properties of the micellar aggregates, such as size and shape, depend on the nature of the counterion. Different inorganic counterions lead to small changes in micellar properties of cationic aggregates, but organic counterions can induce more pronounced effects, such as shape transitions of the aggregates or phase separation. In micellar systems, the SIEs can be related with: (a) differences in the location of anions in micelles; (b) differences in the hydration of micelles and ions; and (c) possible ion-pair formation between surfactants and counterions at the micellar interface. Several models have been developed to describe the formation and stability of micellar aggregates, considering different energy terms that possibly contribute to the formation/stability of micelles. However, the terms described above (a - c) are generally not included in micellar models. Thus, it should not be possible to predict the properties of cationic micelles, using the current models, if the counterion is small, dehydrated and capable of forming ion-pairs, such as the trifluoromethylsulfonate anion (triflate, Tf). In this context, we have determined the micellar properties of dodecyltrimethylammonium triflate (DTATf) micelles and we have compared the results with similar micelles formed by bromide, chloride and methanesulfonate, aiming to identify their structural differences and its origins. To determine the micellar properties, we have used several techniques: time resolved fluorescence, small angle X-ray scattering, conductometry, kinetic assays, electron paramagnetic and nuclear magnetic resonances and dielectric relaxation spectroscopy, among others. We have observed that the DTATf aggregate presents a highly packed, ordered and dehydrated disk-like geometry and these properties were reproduced in molecular dynamics simulations. The analysis of the DTATf properties showed that the formation of ion-pairs at the micellar interface induces severe changes in micellar properties, such as micellar dehydration. The DTATf properties clearly demonstrate that for a theoretical model of micellar system to be accurate and general, the possibility of ion-pair formation at the micellar interface and the counterions-surfactant specific interactions must be modeled. Additionally, due to the results reported herein and by analyzing other systems, we suggest a more fundamental role of water (interfacial or hydrating water) in the micellar properties.

Micelas são agregados coloidais formados por moléculas anfifílicas i.e., moléculas com uma região hidrofóbica e uma porção hidrofílica (surfactantes). Efeitos específicos de íons (EEIs) são observados em micelas iônicas, uma vez que as propriedades físico-químicas de agregado micelares, como tamanho e geometria, dependem da natureza do contra-íon. Diferentes ânions inorgânicos produzem alterações modestas nas propriedades de agregados micelares catiônicos, mas ânions orgânicos podem induzir efeitos mais pronunciados, como transições de forma do agregado ou separações de fase. Em sistemas micelares, os EEIs podem estar relacionados a: (a) diferenças na localização dos ânions nas micelas; (b) diferenças na hidratação micellar e de íons; e (c) possível formação de pares iônicos entre surfactantes e contra-íons na interface micelar. Diversos modelos foram desenvolvidos para descrever a formação e estabilidade de agregados micelares, considerando diferentes termos energéticos que possivelmente contribuem para a formação/estabilidade de micelas. Contudo, os termos descritos acima (a - c) geralmente não são incluídos nos modelos micelares. Assim, não deve ser possível predizer as propriedades de micelas catiônicas, usando os modelos atuais, caso o contra-íon seja pequeno, desidratado e capaz de formar pares iônicos, como o ânion trifluorometilsulfonato (triflato, Tf). Tendo isso em vista, determinamos as propriedades micelares de triflato de dodeciltrimetilamônio (DTATf) e comparamos com micelas análogas formadas por brometo, cloreto e metanosulfonato, visando identificar diferenças estruturais das micelas e suas origens. Para determinação de propriedades micelares, utilizamos uma série de técnicas experimentais: fluorescência resolvida no tempo, espalhamento de raio-X de baixo ângulo, condutometria, cinética química, ressonâncias paramagnética eletrônica e magnética nuclear e espectroscopia de relaxação dielétrica, entre outras. Observamos que o agregado de DTATf possui uma estrutura discoidal altamente empacotada, ordenada e desidratada e estas propriedades foram reproduzidos em simulações de dinâmica molecular. A análise do conjunto de resultados obtidos para DTATf demonstrou que a formação de pares iônicos na interface micelar induz severas alterações nas propriedades micelares, como a desidratação dos agregados. Os dados obtidos com DTATf demonstram claramente que, para um modelo teórico de sistemas micelares ser capaz de predizer propriedades micelares de diferentes agregados, a possibilidade de formação de pares iônicos na interface micelar e as interações específicas entre contra-íons e surfactantes devem ser modeladas. Adicionalmente, devido aos resultados aqui reportados e analisando outros sistemas interfaciais, propomos um papel mais fundamental para a água (interfacial ou de hidratação) nas propriedades micelares / Micelles are colloidal aggregates formed by amphiphilic monomers i.e., molecules with a hydrophobic and a hydrophilic moiety (surfactants). Specific ion effects (SIEs) are observed in cationic micelles, because the physicochemical properties of the micellar aggregates, such as size and shape, depend on the nature of the counterion. Different inorganic counterions lead to small changes in micellar properties of cationic aggregates, but organic counterions can induce more pronounced effects, such as shape transitions of the aggregates or phase separation. In micellar systems, the SIEs can be related with: (a) differences in the location of anions in micelles; (b) differences in the hydration of micelles and ions; and (c) possible ion-pair formation between surfactants and counterions at the micellar interface. Several models have been developed to describe the formation and stability of micellar aggregates, considering different energy terms that possibly contribute to the formation/stability of micelles. However, the terms described above (a - c) are generally not included in micellar models. Thus, it should not be possible to predict the properties of cationic micelles, using the current models, if the counterion is small, dehydrated and capable of forming ion-pairs, such as the trifluoromethylsulfonate anion (triflate, Tf). In this context, we have determined the micellar properties of dodecyltrimethylammonium triflate (DTATf) micelles and we have compared the results with similar micelles formed by bromide, chloride and methanesulfonate, aiming to identify their structural differences and its origins. To determine the micellar properties, we have used several techniques: time resolved fluorescence, small angle X-ray scattering, conductometry, kinetic assays, electron paramagnetic and nuclear magnetic resonances and dielectric relaxation spectroscopy, among others. We have observed that the DTATf aggregate presents a highly packed, ordered and dehydrated disk-like geometry and these properties were reproduced in molecular dynamics simulations. The analysis of the DTATf properties showed that the formation of ion-pairs at the micellar interface induces severe changes in micellar properties, such as micellar dehydration. The DTATf properties clearly demonstrate that for a theoretical model of micellar system to be accurate and general, the possibility of ion-pair formation at the micellar interface and the counterions-surfactant specific interactions must be modeled. Additionally, due to the results reported herein and by analyzing other systems, we suggest a more fundamental role of water (interfacial or hydrating water) in the micellar properties.