A presente tese versa sobre resultados obtidos na aplicação da microscopia eletroquímica de varredura no estudo de sistemas micelares e no estudo de bicamadas lipídicas. Os estudos envolvendo sistemas micelares foram realizados utilizando a SECM no modo substrato-gerador/microeletrodo-coletor. Neste modo de operação, um microeletrodo de platina foi posicionado próximo a um substrato de platina e utilizado para monitorar espécies eletrogeradas nesse substrato. Conhecendo o tempo necessário para a espécie eletrogerada difundir do substrato até o microeletrodo, foi possível aplicar a equação de Einstein-Smoluchowski para determinar o coeficiente de difusão da espécie eletroativa e de micelas de surfactantes. Como as micelas não são eletroativas, o ferroceno eletrogerado no substrato e incorporado nas micelas foi utilizado como sonda para a estimativa do tempo de difusão. Os resultados obtidos para o surfactante brometo de tetradecil trimetil amônio (C14TABr) corroboram dados reportados na literatura, demonstrando a utilidade da metodologia proposta no estudo de sistema micelares. Também foram realizados experimentos envolvendo micelas do surfactante cloreto de 1-alquil-3-metilimidazólio, CxMelmCl (x = 10, 12, 14, 16) e com os resultados obtidos foi possível evidenciar o efeito da cadeia carbônica no coeficiente de difusão das espécies. Os experimentos envolvendo a permeação de substâncias através de bicamadas lipídicas foram realizados em duas etapas. Os primeiros ensaios foram realizados utilizando modelo de membrana semipermeável (papel celofane) com o intuito de verificar a aplicabilidade da SECM no monitoramento de espécies eletroativas que permeiam através da membrana. Na segunda etapa, apresentou-se metodologia para a obtenção de microfuros em folhas de poliestireno utilizados para a formação das bicamadas lipídicas, assim como detalhes sobre a construção da célula de medidas utilizadas nos experimentos de permeação. Foram realizados experimentos envolvendo o uso de bicamadas lipídicas planas obtidas pelo método de Miller preparadas com lecitina de soja. Esses experimentos foram realizados com o intuito de avaliar a estabilidade e para verificar a permeabilidade de algumas substâncias nas bicamadas formadas. Os experimentos de permeação foram realizados posicionando um microeletrodo próximo à membrana, com posterior detecção amperométrica da espécie eletroativa que atravessa a membrana. / This thesis shows results on the use of scanning electrochemical microscopy in the study of micellar systems and lipid bilayers. Studies involving micellar systems were performed by using SECM in the substrate-generator/tip-collector mode. In this operation mode a platinum microelectrode was positioned close to a platinum substrate and used to monitor electrogenerated species on this surface. Taking into account the time for the electrogenerated species to diffuse from the substrate to the microelectrode, the diffusion coefficient of the electroactive species and of the micelles can be calculated by applying the Einstein-Smoluchowski equation. As micelles are not electroactive, ferrocene electrogenerated on the substrate and incorporated into the micelles was used as a probe to estimate the diffusion time. The results obtained for tetradecyl trimethyl ammonium bromide (C14TABr) corroborate those reported in the literature, demonstrating the applicability of the proposed methodology in the study of micellar systems. Experiments with micelles obtained from 1-alkyl-3-methylimidazolium, CxMelmCl (x = 10, 12, 14, 16) chloride surfactants were also performed and results showed the effect of the carbon chain in the diffusion coefficient. Experiments involving the permeation of chemical species through lipid bilayers were carried out in two steps. A membrane model (cellophane) was preliminary used in order to investigate the possibility of using SECM as a tool for monitoring the permeation of electroactive species through the membrane. Then, a methodology for obtaining microholes in polystyrene sheets used to form lipid bilayers was presented, as well as details about the design of an electrochemical cell used in the permeation experiments. Experiments involving the use of planar lipid bilayers obtained by the method of Miller prepared using soybean lecithin were performed. These experiments were carried out in order to evaluate the stability and to check the permeation of some substances through the prepared bilayers. Permeation experiments were performed by placing the microelectrode close to the membrane with subsequent amperometric detection of any electroactive species that cross the membrane

Neste trabalho realizou-se o estudo estrutural e termodinâmico de sistemas micelares em solução formados por surfactantes de diferentes classes, tais como SDS (aniônico), TTAB (catiônico), DM (não-iônico) e SB310 (zwiteriônico). A abordagem experimental proposta neste trabalho consiste do estudo simultâneo de aspectos estruturais e termodinâmicos. Para o estudo estrutural utilizou-se as técnicas de raios X à baixo ângulo (SAXS) e Condutimetria, e pelo ajuste dos dados experimentais pode-se determinar parâmetros como a anisotropia de forma, número de agregação, grau de ionização, bem como a concentração micelar crítica das micelas em solução. O comportamento da função de distribuição de pares de distância permitiu concluir que todas as micelas formam estruturas do tipo core-shell, porém diferem em tamanho dependendo da composição da micela. O buffer usado é possivelmente o responsável por causar a diminuição da concentração micelar crítica e aumento do grau de ionização (para surfactantes iônicos) quando comparados os valores obtidos neste trabalho com aqueles da literatura, que em geral usa água como solvente. Para o estudo termodinâmico utilizou-se a técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) e pelo ajuste dos dados experimentais pode-se determinar os valores de entalpia micelar e concentração micelar crítica. A combinação dos resultados obtidos das técnicas de ITC e Condutimetria permitiu calcular o valor energia livre de Gibbs e a entropia de micelização. A partir da determinação dos parâmetros descritos acima, pode-se caracterizar a estrutura e aspectos termodinâmicos de micelas em solução. A metodologia apresentada neste manuscrito consegue fornecer parâmetros independentes e ao mesmo tempo complementares, o que acaba permitindo um estudo correlacionado e confiável. / In this work was carried out the study of the structural and thermodynamic of micelar systems in solution formed by different classes of surfactants such as SDS (anionic) TTAB (cationic), DM (non-ionic) and SB310 (zwitterionic). The experimental approach proposed in this manuscript consists of the simultaneous study of structural and thermodynamic aspects. For structural studies it was utilized the techniques of Small Angle X ray Scattering (SAXS) and Conductometry, and by fitting the experimental data it was possible to evaluate parameters such as the anisotropy, aggregation number, degree of ionization, and the critical micelle concentration of the micelles in solution. From the analysis of the behavior of the pair distance distribution function we concluded that the micelles form \"core-shell\" structures, but differ in size depending on the composition of the micelle. The buffer used is possibly responsible for causing the decrease of critical micelle concentration and the increase of the degree of ionization (for ionic surfactants) when values obtained in this study are compared to those ones in the literature, which usually uses water as a solvent. For the thermodynamic study we have used the technique of Isothermal Titration Calorimetry (ITC) and by fitting the experimental data we could determine the enthalpy values and critical micelle concentration. The combination of the results of ITC and Conductometry techniques allowed us to evaluate the value of Gibbs free energy and entropy of micellization. From the determination of the parameters described above we could characterize the structure and thermodynamic aspects of the micelles in solution. The methodology presented in this work can provide independent and complementary parameters, which ends up allowing a correlated and reliable study.

Introdução: A obesidade e a dislipidemia são grandes contribuintes dos agravos cardiovasculares. O consumo de vegetais, principalmente de suas proteínas, atua de forma protetora na magnitude destes agravos. Há grandes indícios de que a proteína do amaranto possui efeito hipocolesterolemizante pela ação de peptídeos, originários de sua digestão incompleta. Objetivo: Verificar a ação, in vitro, do hidrolisado proteico do amaranto, submetido a diferentes processamentos, na solubilização micelar do colesterol e inibição da atividade enzimática HMGR. Métodos: As farinhas processadas e crua foram analisadas quanto seu teor de aminoácidos. Os isolados proteicos das farinhas do grão de amaranto tostado, extrusado e cru, foram submetidos à hidrólise enzimática e em seguida, foi elaborada uma solução de sais biliares e colesterol para avaliar a capacidade dos hidrolisados proteicos em diminuir a solubilização micelar de colesterol. Utilizaram-se os ultra filtrados (PM menor que 3 kDa) em concentração de 3 mg/mL em equivalentes de albumina, e para os de peso moleculares maiores foram utilizados 10 mg/mL. Com o intuito de verificar o mecanismo de inibição da síntese endógena de colesterol, somente, foram utilizados os hidrolisados ultra filtrados. Nos ensaios de inibição enzimática da HMGR foram utilizadas concentrações de hidrolisados (0,1, 0,5 e 1 mg/mL) para avaliar a inibição e comparar a pravastatina (inibidor conhecido). Resultados: A composição de aminoácidos demonstrou-se adequada, quando comparada a recomendação de aminoácidos essenciais para crianças de 2 a 5 anos. Os aminoácidos hidrofóbicos constituem 30 por cento do total de aminoácidos. Ao avaliar o efeito do hidrolisado na solubilização micelar do colesterol, foi observado que houve diferença (p < 0,004) devido ao processamento. O hidrolisado proteico da farinha crua (IPHc), com peptídeos de peso molecular maior que 3 kDa, reduziu a solubilização micelar do colesterol em 44,09 ± 1,5 por cento , enquanto que os hidrolisados de farinha tostada (IPHt) e extrusada (IPHe) reduziram em 31,24 ± 5,9 por cento e 24,97 ± 4,1 por cento . Já os hidrolisados com peso molecular menor que 3 kDa apresentaram pouca diferença (p < 0,03) em relação ao processamento. A redução da solubilidade micelar observada pelos IPHc e IPHe foi semelhante: 37,21 ± 1,65 por cento e 35,45 ± 0,4 por cento , respectivamente. O IPHt apresentou a menor redução de 22,47 ± 4,6 por cento . Os hidrolisados da farinha de amaranto também foram capazes de inibir a atividade da enzima HMGR em diversas concentrações. O controle da atividade normal da enzima apresentou 0,65 ± 0,05 µmol de NAPH oxidada min/mg equivalente de albumina. O IPHc, em concentrações de 0,1 e 0,5 mg/mL, apresentou efeito similar ao da pravastatina, diferindo do controle (p < 0,05), produzindo: 0,24 ± 0,03 e 0,29 ± 0,13 de µmol de NAPH oxidada min/mg equivalente de albumina. Por outro lado o IPHt apresentou efeito similar ao da pravastatina em concentração superior ao cru; em 1 mg/mL produziu 0,20 ± 0,09 de µmol de NAPH oxidada min/mg equivalente de albumina. O IPHe apresentou efeito inibidor da enzima em concentração de 0,1 mg/mL, porém menor do que o observado para a pravastatina. Conclusões: A proteína do grão de amaranto hidrolisada possui indícios de atividade hipocolesterolêmica. Sendo capaz de atuar tanto na via exógena quanto na via endógena, inibindo a absorção do colesterol e sua síntese de forma indireta. O processamento térmico diminuiu esta capacidade, mas ainda demonstra resultados significativos. Dentre os processamentos, a extrusão mostrou ter diminuído este efeito, embora os seus resultados possam ter sido influenciados pela quantidade de componentes no isolado proteico, como lipídeos e compostos fenólicos. / Introduction: Obesity and dyslipidemia are major contributors of cardiovascular diseases. The consumption of vegetables, especially their protein, acts protectively on the magnitude of these injuries. There is evidence that amaranth protein has a cholesterol-lowering effect by the action of peptides originating from its incomplete digestion. Objective: To assess the effect, in vitro, of the hydrolyzed protein of amaranth, submitted to different processes, on the reduction of the micellar solubilization of cholesterol and on the inhibition of HMGR enzyme activity. Methods: The raw and processed flours were analyzed for their content of amino acids. The isolated protein from amaranth grain flour toasted, extruded and raw, were subjected to enzymatic hydrolysis. Subsequently, it was prepared a solution of bile salts and cholesterol to assess the ability of the hydrolyzed protein to decrease the micellar solubilization of cholesterol. It was used the ultra-filtered peptides (MW up to 3 kDa) at concentration of 3 mg/mL equivalent albumin; and for higher molecular weights, it was used 10 mg/mL. In order to verify the mechanism of inhibition of the cholesterol endogenous synthesis, only it was used the hydrolyzed ultra-filtered peptides with MW < 3 KDa. In the assays of HMGR inhibition, several concentrations of peptides were used (0.1, 0.5 and 1 mg/mL) to compare the inhibition to pravastatin (a known inhibitor). Results: The amino acid composition showed to be adequate when compared to the recommendation of essential amino acids for children 2-5 years. Hydrophobic amino acids compose 30 per cent in total amino acids. When evaluating the effect of the hydrolyzate micellar solubilization of cholesterol has been observed that significant difference (p <0.004) from the processing. The peptides from raw flour hydrolyzed protein (IPHc) with a molecular weight greater than 3 kDa reduced micellar solubilization of cholesterol by 44.09 ± 1.5 per cent , while those from the roasted flour (IPHt) and extruded flour (IPHe) reduced by 31.24 ± 5.9 per cent and 24.97 ± 4.1 per cent . Peptides with a molecular weight up to 3 kDa showed little difference (p < 0.03) due to processing. The reduction of the observed micellar solubility of IPHc and IPHe were similar: 37.21 ± 0.4 per cent and 35.45 ± 1.65 per cent , respectively. The IPHt showed the smallest decrease of 22.47 ± 4.6 per cent . The peptides from amaranth flour were also able to inhibit the activity of the enzyme HMGR in various concentrations. The control of normal enzyme activity showed 0.65 ± 0.05 mol of NAPH oxidized min/mg equivalent of albumin. The IPHc at concentrations of 0.1 and 0.5 mg/mL had an effect similar to that of pravastatin, different from control (p < 0.05), yielding: 0.24 ± 0.03 and 0.29 ± 0.13 mol of the NAPH oxidized min/mg equivalent of albumin. On the other hand, IPHt showed a similar effect to higher concentration of pravastatin in the raw, and in 1 mg/mL produced from 0.20 ± 0.09 mol of oxidized NAPH min/mg equivalent of albumin. The IPHe showed the inhibitory effect on the enzyme concentration as lower as 0.1 mg/mL, but less pronounced than pravastatin. Conclusions: The peptides from hydrolysis of amaranth grain has evidence of hypocholesterolemic activity. They are able to act both in exogenously and endogenous pathways, inhibiting the absorption of cholesterol and its synthesis. The thermal processing reduces this capacity, but still shows significant results. Among the processing, extrusion deserves less attention than other one, although their results may have been influenced by the amount of the isolated protein components, such as lipids and phenolic compounds.

Orientadores: Edvaldo Sabadini, René Alfonso Nome Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T10:23:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ito_ThiagoHeiji_D.pdf: 8761085 bytes, checksum: 521d52e10af7805f341661ecc562599c (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Micelas gigantes têm sido muito estudadas desde os anos de 1980 e suas propriedades têm atraído a atenção tanto do setor produtivo quanto acadêmico. Aumento de viscosidade, capacidade de reduzir o atrito hidrodinâmico, formação de fluidos viscoelásticos e do tipo gel, são alguns dos fenômenos que fazem deste, um sistema de interesse em ambos os setores. Na literatura, está relatada uma grande quantidade de sistemas com propriedades particulares, inclusive, responsivos a estímulos luminosos, elétricos ou mudança no pH, todas advindas de diversas combinações entre diferentes componentes. No entanto, pouco se conhece a respeito dos fatores que levam à formação (crescimento), à estabilidade e, consequentemente, aos diversos fenômenos que despertam tanto interesse desse tipo de sistema supramolecular. Neste trabalho, buscou-se compreender e sistematizar a influência da estrutura molecular de vários compostos aromáticos na capacidade de induzir a formação de micelas gigantes com surfactantes catiônicos, além de uma interpretação baseada na termodinâmica para compreender o processo de crescimento deste sistema supramolecular. Para isso foram utilizadas várias técnicas como reologia, espalhamento de luz e nêutrons, e calorimetria de titulação isotérmica, que demonstraram uma grande influência de fatores estruturais dos co-solutos aromáticos como a presença de carga, hidrofobicidade e, especialmente, a capacidade de empacotamento devido à planaridade da molécula, demostrado pela primeira vez. Além disso, os ensaios de calorimetria e espalhamento de luz elucidaram como se dá o processo de crescimento da micela, bem como, mostraram a importância que a carga superficial do agregado tem para transição entre micelas curtas e alongadas / Abstract: Giant micelles have been studied since the 1980s and their properties have attracted the attention of both the productive sector and the academic. Viscosity increase, the ability in promote hydrodynamic drag reduction, formation of viscoelastic and gel-like fluids, are some of the phenomena that turn interesting the system in both approaches. In the literature, it is reported a large number of systems showing particular properties, including light, electrical stimuli or pH responsive, resulting from combinations of several different components. However, little is known about the factors that lead to formation (growth), stability and, consequently, to many phenomena which arouse such interest on that kind of supramolecular system. In this study, we tried to understand the influence of the molecular structure of various aromatic compounds in the ability to induce the formation of wormlike micelles with cationic surfactants, and an interpretation based on thermodynamics to understand the growth process of such supramolecular system. Several techniques like rheology, light and neutrons scattering, and isothermal titration calorimetry, have been used in order to study the system, which showed the influence of structural factors of the aromatic co-solutes such as presence of electrostatic charge, hydrophobicity, and the packing capacity due the planarity of the molecule, demonstrated for the first time. Additionally, calorimetric and light scattering measurements elucidated the growth process of the micelle, and showed the importance of the surface charge in transition between small and elongated micelles / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

A partição das enzimas glicose-6-fosfato desidrogenase (G6PD) e uroquinase (UK) em sistemas micelares de duas fases aquosas foi investigada, teórica e experimentalmente. Inicialmente, a partição de G6PD em sistema micelar de duas fases aquosas composto pelo tensoativo não-iônico C10E4 (óxido de n-deciltetraetileno) foi estudada. Observou-se uma partição governada primariamente por interações repulsivas estéricas, do tipo \"volume de exclusão\", sendo a G6PD recuperada preferencialmente na fase inferior do sistema, pobre em micelas, resultando em valores de KG6PD inferiores a 1,0. Os tensoativos catiônicos CnTAB (brometos de alquiltrimetilamônio, n = 8, 10 e 12) foram adicionados ao tensoativo C10E4, de modo a formar sistemas micelares mistos (não-iônico/catiônico) de duas fases aquosas e atrair a G6PD de carga efetiva negativa para a fase superior, rica em micelas positivamente carregadas. Os coeficientes de partição obtidos nos sistemas C10E4/CnTAB/tampão foram no mínimo 2,5 vezes maiores que os correspondentes no sistema C10E4/tampão mantendo-se o volume de exclusão constante. De uma forma geral, o sistema micelar misto C10E4/C10TAB/tampão forneceu o melhor KG6PD = 7,7, com um rendimento de G6PD na fase superior de 71%. A adição de ligantes de afinidade (inibidores enzimáticos) ao sistema de duas fases aquosas C10E4/tampão para purificação de UK e G6PD também foi estudada. Não foram observadas diferenças significativas no perfil de partição da UK na presença ou não do ligante p-aminobenzamidina, o qual apresentou partição uniforme entre as duas fases do sistema, sendo obtidos valores de KUK ~ 0,70 em ambos os casos. Para a G6PD, um pequeno incremento no KG6PD foi observado na presença dos ligantes de afinidade cibacron blue e procion red, porém resultando ainda em valoresfnferiores a 1. Portanto, a utilização de inibidores enzimáticos livres em solução como ligantes de afinidade para purificação de UK e G6PD em sistema micelar C10E4/tampão de duas fases aquosas não resultou em diferenças significativas no perfil de partição das enzimas. Por fim, um sistema de purificação em dois estágios, sendo o primeiro constituído de sistema micelar não-iônico (C10E4) de duas fases aquosas e o segundo de sistema micelar misto (C10E4/ C10TAB) de duas fases aquosas foi aplicado para a purificação de G6PD presente em homogeneizado celular de Saccharomyces cerevisiae, sendo obtido um rendimento final de G6PD de 59%, com um fator de purificação de 1,3. / The partitioning of the hydrophilic enzymes glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) and urokinase (UK) in two-phase aqueous micellar systems was investigated, both experimentally and theoretically. Initially, the partitioning of G6PD in two-phase aqueous micellar system composed of the nonionic surfactant C10E4 (n-decyl tetra(ethylene oxide) was studied. It was observed a partitioning behavior governed primarily by repulsive, steric, excluded-volume interactions, which drove the enzyme preferentially to the bottom, micelle-poor phase, resulting in KG6PD values smaller than one. The cationic surfactants CnTAB ((alkyltrimethylammonium bromide, n = 8, 10, and 12) were mixed wíth the nonionic surfactant C10E4 to form two-phase aqueous mixed (nonionic/cationic) micellar systems. The measured G6PD partition coefficients in the C10E4/CnTAB/buffer systems were at least 2.5 times larger than those in the corresponding C10E4/buffer system, clearly demonstrating that the net negatively charged G6PD was attracted electrostatically to the top, mixed micelle-rich phase, containing a greater number of positively-charged C10E4/CnTAB mixed micelles. Overall, the two-phase aqueous mixed (C10E4/C10TAB) micellar system yielded the highest KG6PD = 7.7, with a G6PD yield in the top phase of 71%. The addition of affinity ligands (enzyme inhibitors) to the two-phase C10E4 /buffer systems was studied for UK and G6PD purification. No significant differences in the UK partitioning behavior was observed in the presence or not of the ligand p-aminobenzamidine, since the ligand was found to partition evenly between the two phases of the system. Partition coefficient values of about 0.70 were obtained in both cases. For the G6PD, the partition coefficient was found to be slightly higher in the presence of either cibacron blue or procion red as affinity ligand, however still smaller than one. Therefore, the use of competitive inhibitors free in solution as affinity ligands for UK and G6PD purification in two-phase C10E4 /buffer systems did not provide significant differences in the enzymes partitioning behaviors. Finally, a two-step purification process, combining a two-phase aqueous nonionic (C10E4) micelar system, followed by a two-phase aqueous mixed (C10E4/C10TAB) micellar system, was employed for the purification of G6PD present in a Saccharomyces cerevisiae cell homogenate. It was obtained a G6PD final yield of 59%, and a purification factor of 1,3.

Los ácidos biliares son estereoides biosintetizados en los hepatocitos del hígado que actúan como tensoactivos para facilitar la digestión de grasas, colesterol y lípidos mediante la formación de agregados y micelas mixtas, entre otras funciones. En la presente tesis doctoral se planteó el empleo de técnicas fotofísicas tales como fluorescencia y fotólisis de destello láser, aplicadas a nuevos derivados fotoactivos de ácidos biliares y colesterol, para investigar las propiedades de diferentes sistemas supramoleculares como agregados o micelas mixtas. En primer lugar, se prepararon nuevos derivados del ácido cólico y del colesterol empleando diferentes fluoróforos tales como dansilo, naproxeno y triptófano. La unión covalente del fluoróforo dansilo en las posiciones 3¿-, 3ß- o 7¿- del ácido cólico proporcionó sondas fluorescentes cuyas propiedades dependieron fuertemente del medio. Así se observó que el rendimiento cuántico de emisión y el tiempo de vida de fluorescencia aumentaron respecto a los valores obtenidos en disolución para los derivados 3¿- y 3ß-. El análisis combinado de los experimentos en estado estacionario y tiempo resuelto permitió investigar la agregación de las SBs más abundantes, proporcionando información clave para construir los diagramas de especiación. El empleo de derivados de dansilo y/o naproxeno unidos covalentemente al ácido cólico y/o colesterol ha demostrado la incorporación de ambos en la arquitectura supramolecular proporcionada por las micelas mixtas mediante la utilización de técnicas fotofísicas. Se observó un gran aumento de la intensidad de fluorescencia, así como del tiempo de vida de singlete. El tiempo de triplete de las díadas marcadas con naproxeno aumentó en un orden de magnitud en micela mixta. Por otra parte, se demostró la utilidad de las técnicas fotofísicas para evaluar el potencial de los agregados de ácidos biliares como transportadores de fármacos. Para ello, se evaluó la diferente distribución de las sondas entre la disolución y los agregados mediante el estudio de la desactivación de singlete y triplete por yoduro y nitrito, respectivamente, de los dos enantiómeros del antiinflamatorio no esteroideo (R)- y (S)-NPX, así como de sus ésteres metílicos (R)- y (S)-NPXMe. Se observó que las sondas más hidrofóbicas ((R)- o (S)-NPXMe) se incorporaban en los agregados a partir de 50 mM de colato sódico, mientras que las sondas más hidrofílicas ((R)- o (S)-NPX) se incorporaron, en un porcentaje superior al 95%, solo a partir de 250 mM de CA. Finalmente, se utilizaron los diferentes sistemas supramoleculares caracterizados durante la tesis doctoral (diferentes agregados de sales biliares y micelas mixtas) para estudiar procesos de desactivación de la fluorescencia y de transferencia de energía. La desactivación del singlete en diferentes derivados de triptófano o dansilo por yoduro fue muy efectiva en disolución para todos los casos y disminuyó gradualmente conforme los fluoróforos se incorporaron en el interior de los agregados. Para asegurar la incorporación de las dos sondas al mismo tipo de entorno y estudiar simultáneamente en ambos cromóforos la desactivación del singlete, se prepararon díadas que contenían ambos en la misma molécula de ácido cólico. / Gómez Mendoza, M. (2013). Nuevas sondas fotoactivas para el estudio de sistemas supramoleculares basados en ácidos biliares [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34776

A reação de hidrólise alcalina em fase aquosa de ions N-alquil-4-cianopiridíneos (RCP) foi caracterizada com relação a efeitos de pH, força iônica (&#181;) e constante dielétrica do meio (D) A hidrólise alcalina dos RCP resulta na formação de dois produtos, i.é., a N-alquil-4-carboxiamidopiridíneo (A) e a N-alquil-4-piridona (P) correspondentes. A relação P/A é função crescente de pH e atinge um valor limite de 1,75 para todos os RCP empregados. No entanto, em misturas água/dioxana a formação de P é preferencial. A constante de velocidade observada (k&#968;) de pseudo primeira ordem de hidrólise dos RCP é função de pH. Em solução aquosa (&#181;=0,02) esta dependência pode ser expressa por : log k&#968; = 1,0702 pH - 14,3 Os efeitos devidos a variações em &#181; e D sobre k&#968;, foram analisados segundo os modelos de Debye-Hückel (Robinson, R.A. e Stokes, R.H. em \"Electrolyte Solutions\", 1955) e Brönsted - Christiansen - Scatchard (Amis, E.S. em \"Solven t Effects on Reaction Rates and Mechanisms\", 1966). Os estudos dos efeitos de pH , &#181; e D sobre k&#968; serviram como modelos de referência para racionalizar efeitos de detergentes de vários tipos estruturais tanto na velocidade, como na razão de produtos resultantes da hidrólise alcalina dos RCP. Em soluções tamponadas de micelas de hexadeciltrimetilamônio (CTAB), a k&#968; de hidrólise do íon N-metil-4-cianopiridíneo (MCP) é independente da concentração de detergente. Por outro lado, k&#968; aumenta com CTAB, acima da concentração crítica de micelização (CMC) para íons N-butil (BCP), N-octil (OCP) e N-dodecil-4-cianopiridíneo (DCP) . No caso do DCP o valor máximo de k&#968; na presença de CTAB (k&#968;máx ) é cerca de 200 vêzes maior que k&#968; na ausência de CTAB (k&#968;o). Os dados referentes ao efeito de CTAB para a hidrólise de DCP , foram analisados quantitativamente utilizando o modelo teórico de Troca-Iônica em micelas (Quina, F.H. e Chaimovich, H. J.Phys.Chem. 83,1844 (1979)). Os resultados desta análise indicam que a constante de velocidade de segunda ordem na fase micelar (km2) é uma ordem de magnitude superior àquela na água (ko2). Esta diferença pode ser reproduzida supondo a reação num ambiente com D= 32 e &#181;=3. A adição de dodecilsulfato de sódio (SDS) acima da CMC, inibe a reação. Contudo, não é observada inibição total, mesmo no caso do DCP o qual é completamente incorporado à fase micelar. Empregando a teoria de Troca-Iônica em soluções micelares, explicitas considerações do produto iônico da água na fase micelar (Kw), conduzem a expressões da dependência de concentração de Na+ aquoso (livre) do pH local na superfície do SDS. Análise quantitativa dos resultados de velocidade de hidrólise dos RCP , fornecem o resultado que Kw = 0,025 Kw (kw é o produto iônico da água na fase aquosa), uma vez suposto km2= 10 ko2. Em soluções micelares de 3-(N,N-dimetil-N-dodecilamônio)- propano-l-sulfonato (SDP), k&#968; de hidrólise do DCP aumenta, a razão k máx/ko&#968;; chega a cerca de 15. Esta aceleração pode ser devida a existência de um campo potencial diplar na superfície da micela de SDP. Como no caso de misturas dioxano-água, a razão de produtos P/A em presença de micelas (CTAB, SDS e SDP) refletem a formação preferencial de P. Esta preferência foi analisada considerando os possíveis estados de transição envolvidos. Finalmente descreve-se uma metodologia simples para determinação rápida da homogeneidade dos detergentes derivados de sais de amônio (distribuição do comprimento de cadeias alquila). Esta técnica é em essência uma eliminação micro-Hoffman, devido a direta injeção do detergente na forma de hidróxido e posterior pirólise no cromatógrafo a gás. Como tal, quantidades negligíveis de detergente são requeridas, como também os passos de isolamento e manipulação (e eventuais erros sistemáticos) associados com a eliminação de Hoffman convencional, seguidos por análise no cromatógrafo a gás, são evitados. / The alkaline hydrolysis of N-alkyl-4-cyano pyridinium ions (RCP) in aqueous solution was characterized with respect to the eftects on pH, ionic strength (&#181;) and medium dieletric constant (D) on the reaction. Alkaline hydrolysis of RCP results in the formation of two products, i.e., the corresponding N-alkyl-4-carboxamidopyridinium ion (A) and N-alKyl-4-pyridone (P). In aqueous solution the P/A product ratio increases with pH, attaining a limiting value of 1,75 at high pH for all the RCP. In water-dioxane mixture, however, there is preferential formation of P. The observed pseudo-first-order rate constant (k&#968; ) for hydrolysis of the RCP in aqueous solution (&#181; =0,02) varies with pH according to: LOG k&#968; = 1,0702 pH - 14,3.The effect of changes in &#181; or D on k&#968; were analysed within the framework of the models of Debye-Huckel (Robinson, R.A. and Stockes, R.H. in \"Electrolyte Solutions\", 1955 ) and Brönsted- Christiansen - Scatchard (Amis, E.S. in \"Solvent Effects on Reaction Rates and Mechanisms\", 1966) . These dependences of k&#968; and of the P/A product ratio on pH, &#181; and D served as a basis for rationalization of the effects of detergents of various structural types on both the rate of alkaline hydrolysis of the RCPand the resultant produc ratio. In Buffered micellar solutions o hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), k&#968; for alkaline hydrolysis of the N-methyl-4-cyanopyridinium ion (MCP) is independent of detergent concentration. In contrast, k&#968; increases with (CTAB) above the critical micelle concentration (CMC) for the N-Butil (BCP), N-octyl (OCP) and N-dodecyl-4 cyanopyrydinium (DCP) ions. In the case of DCP, the maximum value of k&#968; in the presence of CTAB (k&#968; max) is 200 times greater than k&#968; in the absence of CTAB (ko&#968; ). The effect of CTAB on k&#968; for alkaline hydrolysis of DCP was analyzed quantitatively using the conceptual model for ion exchange (Quina, F.H. and Chaimovich, H. J.Phys.Chem. 83, 1844 (1979)). The results of this analysis indicate that the second order rate constant for hydrolysis in the micellar phase (km2) is an order of magnitude greater than that in the aqueous phase (ko<sub2). This difference betwen km2 and ko2 can be reproduced by assuming a reaction environment with D=32 and &#181; = 3. Micellar sodium dodecyl sulfate (SDS) inhibit the rate of alkaline hydrolysis of all the RCP. Nonetheless, total inhibition is not observed, even in the case of DCP, which is completely incorporated into the micellar phase. Using the theory of ion exchange in micellar solutions, explicitly consideration of the ionic product of water in the micellar phase (Kw) leads to expression for the external (free) N+a dependence of the local pH at the SDS micellar surface. Quantitative analysis of the rate data for the alkaline hydrolysis of the RCP, assuming km2= 10 ko2, furnishes the result that Kw= 0,025 Kw, where Kw is the product of water in the aqueous phase.In micellar solutians of 3-(N,N-dimethyl-N-dodecylammonium) propane-l-sulfanate (SDP), k&#968; for alkalyne Hydrolysisof DCP increases, the ratia k&#968;max/ko&#968; attaining a value of ca. 15. The observed rate acceleration is suggested to be due to the existence of a dipolar potencial field at the SDP micellar surface. As in the case of water-dioxane mixtures, the P/A product ratio in the presence of detergent micelles (CTAB, SDS and SDP) reflects preferential formation of P. This preference was analyzed on the basis of considerations of possible transition states involved. Finally, a simple methodology for rapid determination of the homogeneity (distribution of alkyl chain lengths) of ammonium-derived detergents is described. This technique is in essence a micro Hoffmannelimination effected by direct injection pyrolysis glpc of the detergent in the hydroxide form. As small negligible quantities of detergent are required and the product isolation and manipulation steps and attendant systematic errors) associated with a conventional Hoffmannelimination, followed by glpc analysis of the products are circunve ted.

Na primeira parte deste trabalho foi estudada a interação da porfirina catiônica meso-tetrakis N-metil-4-piridil (TMPyP) e a porfirina aniônica meso-tetrakis 4-fenilsulfonato (TPPS4) nas formas de base livre com sistemas modelos de membrana biológica (micelas iônicas, micelas mistas e vesículas de fosfolipídios) em soluções aquosas, através das técnicas de absorção ótica, espalhamento de luz ressonante (RLS do inglês \"resonante light scattering), fluorescência e SAXS, do inglês \"Small Angle X-Ray Scattering\". As curvas de SAXS das micelas catiônicas de CTAC (cloreto de cetiltrimetilamônio) foram ajustadas como um elipsóide prolato na ausência e na presença de 2-10 mM de TPPS4. Os dados de SAXS mostraram que a presença da porfirina TPPS4 modifica o centro hidrofóbico micelar, levando a formação de micelas menores. Através das análises dos dados de SAXS das micelas de SDS (dodecilsulfato de sódio) observamos que a forma da micela na ausência e na presença de 2-10 mM TMPyP apresenta a forma de um elipsóide prolato sem mudanças. Entretanto, o coeficiente de ionização, diminuiu com o aumento da concentração de porfirina, sugerindo a \"blindagem\" da carga aniônica do SDS pela porfirina catiônica. A supressão de fluorescência da TPPS4 e TMPyP foi estudada na ausência e na presença de diferentes micelas de surfactantes, tais como as de SDS, CTAC, HPS (N-hexadecil-N,N,dimetil-3-amônio-1-propano sulfato) e TX-100 (t-octil-fenoxi-polietoxi-etanol). O iodeto de potássio (KI) foi utilizado como supressor. Os gráficos de Stern-Volmer dos dados de fluorescência no estado estacionário foram ajustados pela equação quadrática, incluindo a supressão dinâmica (KD) e estática (KS). Os valores de KS são muito menores do que os valores de KD. Os resultados da TMPyP são consistentes com as constantes de ligação reportadas na literatura: uma redução significativa de supressão acontece para a TMPyP na presença de SDS, e uma redução moderada é observada para o sistema TMPyP-HPS e quase nenhuma mudança é vista para a TMPyP na presença de TX-100. Para o sistema CTAC-TPPS4 um aumento na supressão foi observado quando comparada com a TPPS4 em tampão puro. Isto provavelmente é associado ao acúmulo de iodeto na interface da micela catiônica. A atração entre a cabeça polar do CTAC e I-, e a repulsão entre SDS e I-, aumenta e reduz a supressão de fluorescência, respectivamente, das porfirinas que se localizam na interface micelar. A pequena supressão da TPPS4 em TX-100 é coerente com a forte ligação entre a TPPS4-TX-100 reportada na literatura. A TPPS4 e a TMPyP na presença de concentrações baixas dos surfactantes CTAC e SDS, respectivamente, apresentaram formação de agregados pré-micelares. A adição de surfactante neutro, TX-100, reduziu o efeito de agregação, acompanhada pelas várias técnicas espectroscópicas utilizadas neste trabalho. Portanto, sob condições onde temos a máxima formação de agregados (porfirina-surfactante), a titulação da TPPS4 com micelas de 40%CTAC-60%TX-100 e a TMPyP com micelas de 80%SDS-20%TX-100 não foi suficiente para eliminar a agregação, apesar da diminuição significativa do efeito de supressão de fluorescência e da intensidade de luz espalhada. A interação da TMPyP com 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-fosfocolina (POPC), 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-[Fosfo-rac-(1-glicero)] (POPG) e a mistura POPC + POPG é predominantemente devido à contribuição de eletrostática. O aumento da carga negativa, devido à adição de POPG, favorece a interação das vesículas com a porfirina catiônica. Na segunda parte deste trabalho foram estudados os efeitos de três surfactantes na estrutura oligomérica da hemoglobina extracelular gigante de Glossoscolex paulistus (HbGp) na sua forma oxi. O estudo com o SDS, CTAC e HPS permitiu diferenciar os efeitos de cargas opostas da cabeça polar dos surfactantes na dissociação da estrutura oligomérica e na autoxidação da hemoglobina. A interação do HPS com HbGp foi claramente menos intensa que a interação desta hemoglobina com os surfactantes catiônico (CTAC) e aniônico (SDS). Provavelmente, esta menor interação da HbGp com HPS, quando comparada com o SDS e o CTAC, é devido a menor atração eletrostática entre o HPS e os sítios iônicos da proteina. Dados espectroscópicos foram discutidos e comparados com os da literatura, afim de compreender a interação hemoglobina-surfactante, e como o ponto isoelétrico ácido (pI) pode influenciar na relação da estrutura-atividade das hemoglobinas gigantes extracelulares. As amostras de HbGp foram estudadas por espalhamento de luz dinâmico (DLS do inglês \"Dynamic light scattering\"). Na faixa de pH 6.0 a 8.0, HbGp é bastante estável e a distribuição de tamanho das partículas é monodispersa com um diâmetro hidrodinâmico médio (Dh) de 27 nm. O aumento dos valores de pH (pH>9.0) induziu um processo de dissociação irreversível, resultando num valor do Dh menor (10 nm). A diminuição do Dh sugere uma dissociação completa da hemoglobina. Em pH>9,0 a cinética de dissociação é lenta, com um mínimo 24 h para ser completada. As constantes cinéticas de dissociação aumentam progressivamente, com o aumento do valor do pH. As curvas de melting point para HbGp apresentaram dissociação oligomérica e desnaturação da proteina em função do pH. Os processos de autoxidação e dissociação estão intimamente relacionados, de modo que a dissociação da proteina oligomérica promove um aumento na velocidade de autoxidação e vice-versa. / In the first part of this work interactions of the cationic meso tetrakis (4-N-methilpyridil) porphyrin (TMPyP) and meso-tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (TPPS4) in the free base forms with membrane model systems (ionic micelles, mixed micelles and phospholipids vesicles) in aqueous solutions, have been investigated by optical absorption, resonance light scattering (RLS), fluorescence and SAXS (Small Angle X-Ray Scattering). The best-fit SAXS curves were obtained assuming for cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) micelle a prolate ellipsoidal shape in the absence and upon incorporation of 2-10 mM TPPS4. SAXS results show that the presence of TPPS4 impacts on micellar hydrophobic core, leading to a micellar reassembling into smaller micelles. SAXS data analysis demonstrated a prolate ellipsoidal shape for sodium dodecyl sulfate (SDS) micelles; no significant changes in shape and size were observed for SDS-TMPyP co-micelles. Moreover, the ionization coefficient, &alpha;, decreases with the increase of the porphyrin concentration, suggesting the \"screening\" of the anionic charge of SDS by the cationic porphyrin. These results are consistent with optical absorption, fluorescence and RLS spectroscopies data, allowing to conclude that neutral surfactants present a smaller interaction with the cationic porphyrin as compared with ionic surfactants. Fluorescence quenching of TPPS4 and TMPyP is studied in aqueous solution and upon addition of micelles of SDS, CTAC, N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1- propanesulfonate (HPS) and t-octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100). Potassium iodide (KI) was used as quencher. Steady-state Stern-Volmer plots were best fitted by a quadratic equation, including dynamic (KD) and static (KS) quenching. KS was significantly smaller than KD. For TMPyP quenching results are consistent with reported binding constants: a significant reduction of quenching takes place for SDS, a moderate reduction is observed for HPS and almost no change is seen for Triton X-100. For CTAC-TPPS4 system an enhancement of quenching was observed as compared to pure buffer. This is probably associated to accumulation of iodide at the cationic micellar interface. The attraction between CTAC headgroups and I-, and repulsion between SDS and I-, enhances and reduces the fluorescence quenching, respectively, of porphyrins located at the micellar interface. The small quenching of TPPS4 in Triton X-100 is consistent with strong binding as reported in the literature. Anionic TPPS4 and cationic TMPyP in the presence of low concentrations of the surfactants CTAC and SDS, respectively, showed formation of aggregates, monitored by optical absorption, fluorescence and resonance light scattering intensity (RLS). The addition of nonionic surfactant, Triton X-100, reduced the effect of aggregation monitored by the various techniques used in the present work. Therefore, under conditions for the maximum of aggregate formation (porphyrin-surfactant), apparently, the CTAC: TX-100 ratio equal to 40:60 and SDS:TX-100 ratio equal to 80:20 are not sufficient to eliminate aggregation, despite the significant decrease of the quenching effect of fluorescence and of the light scattering intensity. The interaction of TMPyP with 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn- Glycero-3-Phosphocholine (POPC), 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1- glycerol)] (POPG) and the mixture POPC+POPG is predominantly due to the electrostatic contribution. The increase of the negative charge, due to addition of POPG, favors the interaction of vesicles with the cationic porphyrin. On the second part of this work the effects of three surfactants upon the oligomeric structure of the giant extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp) in the oxy - form was studied. The use of SDS, CTAC and HPS has allowed to differentiate the effects of opposite headgroup charges on the oligomeric structure dissociation and hemoglobin autoxidation. Furthermore, the interaction of HPS with HbGp was clearly less intense than the interaction of this hemoglobin with cationic (CTAC) and anionic (SDS) surfactants. Probably, this lower interaction with HPS is due to the lower electrostatic attraction between the HPS surfactant and the protein surface ionic sites when compared to the electrostatic interaction between HbGp and cationic and anionic surfactants. Spectroscopic data are discussed and compared with the literature in order to improve the understanding of hemoglobin-surfactant interaction as well as the acid isoelectric point (pI) influence of the giant extracellular hemoglobins on its structure-activity relationship. HbGp samples were studied by dynamic light scattering (DLS). In the pH from range 6.0 to 8.0, HbGp is stable and a monodisperse size distribution with a z-average hydrodynamic diameter (Dh) of 27±1 nm is observed. More alkaline pH (pH>9.0) induced an irreversible dissociation process, resulting in smaller Dh of 10±1 nm. Dh decrease suggests a complete hemoglobin dissociation. At pH 9.0 the dissociation kinetics is slow, taking a minimum of 24 h to be completed. Dissociation rate constants progressively increase at higher pH. Melting curves for HbGp showed oligomeric dissociation and protein denaturation as a function of pH. Autoxidation and dissociation processes are intimately related, so that oligomeric protein dissociation promotes the increase of autoxidation rate and vice-versa.

Micelas e agregados de cloreto de dimetildialquilamônio (Herquat) foram utilizados como modelos de interfaces para o estudo de reações químicas. As reações de tiólise de acetato de p-nitrofenila (NPA) e octanoato de p-nitrofenila (NPO) por n-heptilmercaptana (HM) foram estudadas na presença de concentrações variáveis de brometo de hexadeciltrimetilamônio(CTAB), dodecilsulfato de sódio (SDS) e 3-(N,N dimetildodecilamônio) propano-l-sulfohato(SDP). O detergente positivo (CTAB) provoca uma alteração máxima da reação de tiólise de NPA de 6.103 vezes e da reação de tiólise de NPO por um fator máximo de 1,6.104 vezes. O efeito da concentração de CTAB na constante de pseudo-primeira-ordem das reações de tiólise (k&#968;) e no pK aparente (pKap) da HM foi analisado segundo o modelo de Troca Iônica (Quina, F.H. e Chaimovich, H. (1979). Os parâmetros necessários para a análise dos resultados descritos acima foram determinados por métodos independentes dos experimentos cinéticos. Um ajuste excelente das curvas teóricas aos dados experimentais foi obtido utilizando-se uma relação entre as constantes de velocidade de segunda ordem nas fases micelar (km2) e aquosa (ko2) de 1 e 5 para as reações de tiólise de NPA e NP0, respectivamente. Assim, o efeito de CTAB sobre a k&#968; das reações de tiólise de NPA e NPO pode ser atribuído a uma concentração de substratos na fase micelar, desvio do pKap da HM e concentração do íon hidróxido na interface. A velocidade da reação de tiólise de NPO por HM diminui cerca de 70 vezes em 0,1 M de SDS e, na presença de SDP, aumenta por um fator máximo de 270 vezes, O pKap da HM aumenta com a concentração de ambos os detergentes. O efeito da concentração de SDS e SDP no pKap da HM e na k&#968; da reação de tiólise de NPO foi analizado segundo o modelo de pseudo-fase (Yatsimirski, A.K., Martinek, K. e Berezin, I.V., (1971). Um ajuste muito bom das curvas teóricas aos dados experimentais foi obtido utilizando-se um valor de 0,085 para a relação km2/ko2 em SDS e 1 para a relação em SDP. Assim, a inibição da tiólise de NPO por SDS é devida a um aumento do pKap do substrato, uma km2 menor que ko2 e uma pequena constante de associação entre o SDS e a forma aniônica da mercaptana. A aceleração da reação de tiólise de NPO por SDP pode ser atribuída unicamente a concentração de reagentes na pseudo-fase. A reação de hidrólise de 2-Feniliminotetrahidrofurano (FI) foi estudada em presença de SDS observando-se que o detergente aumenta o pKap do substrato e a velocidade da reação de hidrólise (a pHs maiores que 4). A análise destes resultados empregando-se equações derivadas a partir do modelo de Troca-Iônica mostrou que a relação km/ko é praticamente 1 a todos os pHs estudados. Desde que a reação é inibida a alta força iônica em fase aquosa, podemos inferir que, no microambiente no qual o FI é solubilizado (camada de Stern do SDS), a reação ocorre com uma constante de velocidade similar à observada em baixa força iônica. Poi feita uma caracterização parcial dos agregados de Herquat (vesículas) por filtração em Sephadex G-25. Demonstrou-se que as vesículas incorporam substratos hidrofóbicos (4-(-1-pireno) butanoato de metila) e hidrofílicos ((14C) glicose) e que o contraíon do anfifílico (cloreto) pode ser deslocado do Herquat pelo ânion do tampão. Estes agregados aceleram a reação de tiólise de NPA por HM por um fator máximo de 5.104 vezes e a reação de tiólise de NPO por HM por um fator de 7.106 vezes. O efeito mais impressionante destes agregados é que a reação de tiólise de NPO por HM em Herquat pode ser estudada a pH 4, portanto, cerca de 6,7 unidades de pH abaixo do pK da mercaptana em água. Após a análise deste sistema de reações utilizando-se o modelo de Troca-Iônica obteve-se uma relação km2/ko2 da ordem de 5 para a reação de HM e NPA e da ordem de 13 para a reação de tiólise de NPO. A aceleração provocada pelos agregados de Herquat pode ser atribuída a concentração de reagentes nas vesículas, efeito dos agregados sobre o pKap da HM e uma constante de segunda ordem na pseudo-fase maior que na fase aquosa. / Micelles and dialkyldimethylammonium chloride aggregates (Herquat) were employed as model interfaces for the study of interfacial effects on chemical reactions. The thiolyses of p-nitrophenyl acetate (NPA) and p-nitrophenyloctanoate (NPO) by n-heptylmercaptan (HM) were investigated as a function of concentration of added hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS) and 3- (N,N-dimethyl-N-dodecyl ammonium) - propane-l-sulfonate (SDP). In the presence of the cationic detergent (CTAB), maximum rate acceleration of 6x103 and 1.6xl04 were observed for the thiolyses of NPA and NPO, respectively. The CTAB concentration dependences of the pseudo first-order rate constants (k&#968;) for these reactions and of the apparent pK (pKap) of HM were analyzed within the framework of the conceptual Model for Ion Exchange (Quina, F.H. and Chaimovich, H., 1979), the requisite parameters for the analysis being determined independently of the kinetic results. Excellent simulations of the experimental results were obtained using ratios of second order rate constants in the micellar (km2) and aqueous (ko2) phases of 1 and 5 for thiolysis of NPA and NPO, respectively. Thus, in this case, the effect of CTAB on k&#968; may be attributed to the interplay of concentration of the substrate in the micellar phase, changes in the pKap of HM and concentration of the hydroxide ion at the interfaces. The rate of thiolysis of NPO by HM diminishes by roughly a factor of 70 upon addition of O.1M SDS (anionic detergent) and increases by a factor of 270 at the maximum in the presence of SDP (zwitterionic detergent). The pKap of HM increases in the presence of both detergents. The effect of detergent concentration on the pKap of HM and on k&#968; for thiolysis of NPO were analyzed in terms of the pseudo-phade model (Yatsimirski, Martinek, Berezin, 1971). Ressonable simulation of the experimental data were obtained using values of 0.085 for the ratio km2/ko2 in SDS and 1 for this some ratio in SDP. Thus, the inhibition of the thiolysis of NPO by SDS may be ascribed to an increase in the pKap of HM, coupled with a small value of the constant for association of the mercaptide ion of HM with the micellar phase and an apparent decrease in km2 relative to ko2. The acceleration of this same reaction by SDP can be attibuted exclusively to extrinsic factors, concentration of the reagents in the micellar phase predominating over the increase in the pKap of HM. The hydrolysis of 2-Phenyliminotetrahydrofuran (FI) was studied in the presence of SDS, it being verified that both the pKap of the substrate and the velocity of hydrolysis (at pH values higher than 4) increase in the presence of the detergente Analysis of these results, using equations derived from the conceptual Model for Exchange, demonstrates that the ratio km/ko is essentially 1 over the entire pH vange investigated. Since this reaction is inhibited at high ionic strength in aqueous solution, one may infer that, in the micro environment in which FI is solubilized (Stern layer of SDS), the reaction occurs with a rate constant similar to that observed in aqueous medium at low ionic strength. A partial characterization of the aggregates (vesicles) formed by Herquat in aqueous dispersion was performed by gel filtration on Sephadex G-25. In this manner, it was demonstrated that the vesicles incorporate hydrophobic(methyl 4-(1-pireno)butanoate) and hydrophilic (14C-glucose) substrates and that the chloride counterion of Herquat can be exehanged with anionic buffer components. These aggregates accelerate the thiolysis of NPA by HM by up to a factor of 5x104 and that of NPO by up to a fator of 7x106. The most impressive aspeet of these Herquat agregates is the fact that the thiolysis of NPO by HM can be studied at pH 4, some 6.7 pH units below the pKa of HM in water. Applying an ion-exchange formalism analogous to that amployed for reactions in CTAB to the analysis of these thiolyses, km2/ko2 ratios of about 5 for the reaction between NPA and HM and of roughly 13 for the reaction between NPO and HM were obtained. The acceleration observed in the presence of these aggregates may thus be attributed to concentration of the reagents in the vesicle phase, effects on the pKap of HM and a somewhat larger second-order rate constant in the vesicle phase relative to the aqueous phase.

Neste trabalho, estudamos as características fotofísicas da porfirina mesotetrasulfonatofenil (TPPS4) em sua forma protonada e não protonada. Foi obtido o conjunto completo dos parâmetros fotofísicos de estados excitados da TPPS4 em solução aquosa e na presença de micelas do surfactante catiônico brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB). Os parâmetros obtidos foram: seções de choque do estado fundamental e dos excitados singleto e tripleto, tempos de vida dos estados excitados singleto e tripleto, taxas de decaimento radiativo, da conversão interna e do cruzamento intersistemas e rendimentos quânticos da fluorescência e do estado tripleto. Foram empregadas as técnicas ópticas lineares espectroscópicas de absorção UV/Vis, de fluorescência estática e resolvida no tempo, flash-fotólise e uma técnica óptica não linear Varredura-Z. Comparando os dados obtidos com os da literatura confirmamos que a técnica Varredura-Z em todos os regimes utilizados é confiável e útil para estudo das características dos estados excitados. Foi observado que a protonação afeta todos os parâmetros obtidos: aumenta todas as taxas da decaimento da energia de excitação, diminuindo assim os tempos de vida dos estados excitados, aumenta o rendimento quântico da fluorescência e diminui o do estado tripleto. Através de dois regimes da Varredura-Z: amplificação paramétrica (OPA) e de pulsos ultracurtos de luz branca (LB), foi obtido o espectro de absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 800 nm. Foi observado que a forma da TPPS4 protonada possui uma alta absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 620 nm. Analisando os resultados obtidos podemos concluir que a TPPS4 é um composto promissor para aplicação como limitador óptico na região espectral visível e como uma chave óptica, sendo que na forma não protonada ela será eficiente na escala de femto- a picossegundos, enquanto que na forma protonada na escala de femto- a nanossegundos. Na presença de micelas de CTAB os parâmetros obtidos estão próximos dos valores encontrados para porfirina não protonada e completamente diferente daqueles da forma protonada. Além disso, na aplicação da Varredura-Z em regime LB foi observado um efeito acumulativo, devido à dispersão temporal da luz branca (chirp). Este efeito é mais pronunciado para forma protonada, devido sua banda Q de absorção coincidir com a região de maior potência da luz branca. / In this work, we study photophysical characteristics of meso-tetrakis sulphonatophenyl porphyrin (TPPS4) in protonated and nonprotonated states. We obtained the whole set of photophysical parameters of TPPS4 excited states in homogeneous aqueous solution and in the presence of micelles from cationic detergent cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). The parameters obtained were: ground and excited singlet and triplet states cross sections; intersystemcrossing, internal conversion and radiative rate constants; singlet and triplet states life times and fluorescence and triplet state quantum yields. The techniques employed were linear optical ones: UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopies, time-resolved fluorescence, flash-photolysis, and nonlinear Z-scan. We have confirmed, comparing obtained date with those from literature, that Z-scan in all its applied regimes is reliable and useful to study the excited state characteristics. It was observed that protonation affects all TPPS4 photophysical parameters: increases all rate constants of the excited energy dissipation thus reducing the excited state lifetimes, increases the fluorescence quantum yield and reduces the triplet state quantum yield. The singlet excited state absorption spectrum was obtained in the 460-800 nm region, with two Z-scan regimes: optical parametric amplification - OPA with 120-140 fs pulses and white light ultrashort pulses. It was observed that the protonated TPPS4 form possesses intense absorption of its singlet excited state in the 460-620 nm region. Basing on the obtained date analysis we can conclude that TPPS4 is promising for application as optical limiters in the visible spectral range and optical switching: in its nonprotonated form it can be effective in the range from femto- up to picoseconds while in its protonated form in the range from femto- up to nanoseconds. In the presence of CTAB micelles the TPPS4 parameters were close to those found for its nonprotonated state and completely different from the values for the protonated one. Besides, we observed an accumulative effect due to white light time dispersion (chirp), which was more pronounced for the protonated state, since its Q absorption band coincided with white light high potency region.