Two batches of CdSe QDs with different sizes were synthesized for immobilizing in polyisoprene (PI), polymethylmethacrylate (PMMA), and low-density polyethylene (LDPE). The combinations of QDs and polymer substrates were evaluated for their analytical fit-for-use in applicable immunoassays. Hydrogen peroxide standards were injected into the flow injection analyzer (FIA) constructed to simulate enzyme-generated hydrogen peroxide reacting with bis-(2,4,6-trichlorophenyl) oxalate. Linear correlations between hydrogen peroxide and chemilumenscent intensities yielded regression values greater than 0.9750 for hydrogen peroxide concentrations between 1.0 x 10-4 M and 1.0 x 10-1 M. The developed technique’s LOD was approximately 10 ppm. Variability of the prepared QD-polymer products was as low as 3.2% throughout all preparations.Stability of the preparations was tested during a 30-day period that displayed up to a four-fold increase in the first 10 days. The preparations were decently robust to the FIA system demonstrating up to a 15.20% intensity loss after twenty repetitive injections.

A reação peroxioxalato é o sistema quimiluminescente não enzimático de maior eficiência, alcançando rendimentos quânticos de até 50%. A quimiluminescência deste sistema vem sendo amplamente utilizada em aplicações analíticas e bioanalíticas visando a detecção de analitos de interesses biológicos e medicinais. O presente trabalho consistiu em se estudar a reação peroxioxalato com diferentes catalisadores e determinação de seu mecanismo em condições experimentais distintas das que vinham sendo estudadas até o momento, visando sua adaptação a meios aquosos para futuras aplicações. Foi estudada a utilização do salicilato de sódio como catalisador deste sistema em meio puramente orgânico, em substituição ao imidazol, e verificou-se a atuação do salicilato como catalisador básico geral e/ou específico. O rendimento quântico máximo desta transformação foi da ordem de 10-3 E mol-1. Ensaios cinéticos de emissão também foram realizados com ésteres oxálicos de diferentes reatividades em um sistema binário composto por 1,2-dimetoxietano/água contendo tampão fosfato como catalisador, em diferentes valores de pH. Nestas condições se observou a ocorrência de catálise ácida geral e catálise básica geral, uma vez que as constantes de velocidade se mostraram dependentes da concentração de tampão no meio reacional. Além disso, também se utilizou salicilato de sódio como catalisador no sistema binário 1,2-dimetoxietano/água, o qual também apresentou um papel catalítico importante no percurso desta transformação com diferentes ésteres oxálicos. Verificou-se nestes estudos a boa reprodutibilidade da reação peroxioxalato com salicilato de sódio como catalisador em meios parcialmente aquosos, que pode ampliar a utilização deste sistema quimiluminescente em aplicações analíticas e bioanalíticas. Quando se realizou os ensaios em um meio majoritariamente aquoso, o salicilato não se mostrou um catalisador eficiente, porém, mesmo sem catalisador, a reação peroxioxalato se mostrou reprodutível nestas condições / The peroxyoxalate reaction is the non-enzymatic chemiluminescence system with the highest efficiency, achieving quantum yields of up to 50%. The chemiluminescence of this system has been widely used in analytical and bionanalytical applications in order to detect analytes of biological and medicinal interests. The present work consisted in a study of the peroxyoxalate reaction with different catalysts and the determination of its mechanism in experimental conditions different from those studied before, aiming its adaptation to aqueous media for future applications. The use of sodium salicylate as base catalyst for this system in pure organic medium, in substitution to imidazole, was studied and shown that salicylate acts as a general and/or specific base catalyst. The maximum quantum yield obtained for the transformation in these conditions was in the order of 10-3 E mol-1. Emission experiments were also performed in a binary solvent system composed of 1,2- dimethoxyethane/aqueous phosphate buffer at different pH values as catalyst, using oxalic esters with different reactivities. In these conditions the occurrence of general acid catalysis and general base catalysis was observed, since the rate constants proved to be dependent on the buffer concentration. In addition, sodium salicylate was also used as catalyst in the binary 1,2-dimethoxyethane/water system with different oxalic esters, indicating its important catalytic role in the transformation. These studies allowed it to establish a reproducible peroxyoxalate system in partially aqueous media using sodium salicylate as base catalyst, which may increase the use of the chemiluminescence of this system in analytical and bioanalytical applications. However, when the experiments were performed in a medium containing mostly water, salicylate did not act as an efficient catalyst in these conditions. Even in the absence of catalyst, the reaction proved to be reproducible in the medium containing mostly water as solvent

A reação peroxioxalato é o sistema quimiluminescente não enzimático de maior eficiência, alcançando rendimentos quânticos de até 50%. A quimiluminescência deste sistema vem sendo amplamente utilizada em aplicações analíticas e bioanalíticas visando a detecção de analitos de interesses biológicos e medicinais. O presente trabalho consistiu em se estudar a reação peroxioxalato com diferentes catalisadores e determinação de seu mecanismo em condições experimentais distintas das que vinham sendo estudadas até o momento, visando sua adaptação a meios aquosos para futuras aplicações. Foi estudada a utilização do salicilato de sódio como catalisador deste sistema em meio puramente orgânico, em substituição ao imidazol, e verificou-se a atuação do salicilato como catalisador básico geral e/ou específico. O rendimento quântico máximo desta transformação foi da ordem de 10-3 E mol-1. Ensaios cinéticos de emissão também foram realizados com ésteres oxálicos de diferentes reatividades em um sistema binário composto por 1,2-dimetoxietano/água contendo tampão fosfato como catalisador, em diferentes valores de pH. Nestas condições se observou a ocorrência de catálise ácida geral e catálise básica geral, uma vez que as constantes de velocidade se mostraram dependentes da concentração de tampão no meio reacional. Além disso, também se utilizou salicilato de sódio como catalisador no sistema binário 1,2-dimetoxietano/água, o qual também apresentou um papel catalítico importante no percurso desta transformação com diferentes ésteres oxálicos. Verificou-se nestes estudos a boa reprodutibilidade da reação peroxioxalato com salicilato de sódio como catalisador em meios parcialmente aquosos, que pode ampliar a utilização deste sistema quimiluminescente em aplicações analíticas e bioanalíticas. Quando se realizou os ensaios em um meio majoritariamente aquoso, o salicilato não se mostrou um catalisador eficiente, porém, mesmo sem catalisador, a reação peroxioxalato se mostrou reprodutível nestas condições / The peroxyoxalate reaction is the non-enzymatic chemiluminescence system with the highest efficiency, achieving quantum yields of up to 50%. The chemiluminescence of this system has been widely used in analytical and bionanalytical applications in order to detect analytes of biological and medicinal interests. The present work consisted in a study of the peroxyoxalate reaction with different catalysts and the determination of its mechanism in experimental conditions different from those studied before, aiming its adaptation to aqueous media for future applications. The use of sodium salicylate as base catalyst for this system in pure organic medium, in substitution to imidazole, was studied and shown that salicylate acts as a general and/or specific base catalyst. The maximum quantum yield obtained for the transformation in these conditions was in the order of 10-3 E mol-1. Emission experiments were also performed in a binary solvent system composed of 1,2- dimethoxyethane/aqueous phosphate buffer at different pH values as catalyst, using oxalic esters with different reactivities. In these conditions the occurrence of general acid catalysis and general base catalysis was observed, since the rate constants proved to be dependent on the buffer concentration. In addition, sodium salicylate was also used as catalyst in the binary 1,2-dimethoxyethane/water system with different oxalic esters, indicating its important catalytic role in the transformation. These studies allowed it to establish a reproducible peroxyoxalate system in partially aqueous media using sodium salicylate as base catalyst, which may increase the use of the chemiluminescence of this system in analytical and bioanalytical applications. However, when the experiments were performed in a medium containing mostly water, salicylate did not act as an efficient catalyst in these conditions. Even in the absence of catalyst, the reaction proved to be reproducible in the medium containing mostly water as solvent

A quimiluminescência derivada da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e do sistema peróxi-oxalato pode ser explicada através do mecanismo de luminescência iniciada por troca de elétron - CIEEL (\"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\"). Esta proposta supõe uma transferência de elétron seguida de uma retrotransferência, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular, dependendo do sistema. A etapa de quimiexcitação do sistema peróxi-oxalato envolve uma retro-transferência de elétron intermolecular, da qual participam dois radicais-íons - um deles postulado como o dióxido de carbono radical-anion. Por outro lado, não existe consenso a respeito da via de retro-transferência de elétron na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular. Neste trabalho são apresentadas as sínteses de sete 1,2-dioxetanos, os resultados obtidos na investigação da via de quimiexcitação proposta no mecanismo CIEEL para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e para o sistema peróxi-oxalato e a aplicação da quimiluminescência do luminol em matriz polimérica de poli(vinilpirrolidona) para a calibração de luminômetros de microplacas. Verificou-se, através do estudo do efeito da viscosidade do solvente sobre os rendimentos quânticos singlete na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, uma dependência entre a eficiência de quimiexcitação e o efeito da cavidade de solvente, que foi racionalizada em termos de um modelo difusional e friccional. Estes resultados, associados a cálculos teóricos, tomaram possível postular um mecanismo intramolecular modificado para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos. No sistema peróxi-oxalato foi realizada uma tentativa de detecção direta do dióxido de carbono ânion-radical através de medidas do sinal de ressonância paramagnética de elétron do aduto formado entre α-fenil-N-tert-butilnitrona (PBN), um spin trap, e o radical-anion. Apesar da leve discrepância entre as constantes de acoplamento do sinal observado em relação aos valores relatados na literatura para o aduto PBN-CO2, a caracterização foi realizada preliminarmente através de espectroscopia de massas com injeção direta. Finalmente, foi desenvolvido um sistema para calibração de luminômetros de microplacas, baseado na quimiluminescência de luminol em matriz polimérica, que pode ser utilizado - adicionalmente - na quantificação de peróxido de hidrogênio, em concentrações µmol-1, e agentes redutores com potencial anti-radicalar e antioxidante. / The chemiluminescence resulting from induced decomposition of 1,2-dioxetanes and the peroxyoxalate system can be explained by the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL mechanism. This hypothesis postulates an electron transfer followed by a bond cleavage or rearrangement and back electron transfer which can occur in a intra or intermolecular way, depending on the system. The chemiexcitation step in the peroxyoxalate system involves an intermolecular back electron transfer, in which two radical ions participates - one of them is assumed to be carbon dioxide radical anion. However, there is no consensus about the back electron transfer path in the induced decomposition of 1,2-dioxetanes, which Can occur in an intra or intermolecular way. This work reports the synthesis of seven 1,2-dioxetane derivatives, the results obtained in the investigation of the chemiexcitation path proposed by the CIEEL mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes and for the peroxyoxalate system, and the application of poly(vinylpirrolidone) supported luminol chemiluminescence in the development of a rnicroplate luminometer calibration method. It was possible to confirm, by the study of solvent viscosity effect on singlet quantum yields in induced 1,2-dioxetane decomposition, a dependence between chemiexcitation efficiency and the solvent cavity effect, which was rationalized based on a diffusional and frictional model. These results, together with theoretical calculations, allow us to postulate a modified intermolecular chemiexcitation mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes. An attempt to detect directly the carbon di oxide radical anion in the peroxyoxalate system was made based on the electron paramagnetic resonance detection of the α-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN)-CO2 adduct. Despite small discrepancies between the observed and the previously reported hyperfine coupling constant values, the adduct characterization was confirmed by direct injection mass spectrometry. Finally, a microplate luminometer light intensity calibration system, based on polymeric matrix-supported luminal, was developed. This method can be used also to determine hydrogen peroxide at µ mol-1 concentration and to quantify reducing agents with antiradical and antioxidant potential.

A quimiluminescência derivada da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e do sistema peróxi-oxalato pode ser explicada através do mecanismo de luminescência iniciada por troca de elétron - CIEEL (\"Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\"). Esta proposta supõe uma transferência de elétron seguida de uma retrotransferência, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular, dependendo do sistema. A etapa de quimiexcitação do sistema peróxi-oxalato envolve uma retro-transferência de elétron intermolecular, da qual participam dois radicais-íons - um deles postulado como o dióxido de carbono radical-anion. Por outro lado, não existe consenso a respeito da via de retro-transferência de elétron na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, que pode ocorrer de forma intra ou intermolecular. Neste trabalho são apresentadas as sínteses de sete 1,2-dioxetanos, os resultados obtidos na investigação da via de quimiexcitação proposta no mecanismo CIEEL para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos e para o sistema peróxi-oxalato e a aplicação da quimiluminescência do luminol em matriz polimérica de poli(vinilpirrolidona) para a calibração de luminômetros de microplacas. Verificou-se, através do estudo do efeito da viscosidade do solvente sobre os rendimentos quânticos singlete na decomposição induzida de 1,2-dioxetanos, uma dependência entre a eficiência de quimiexcitação e o efeito da cavidade de solvente, que foi racionalizada em termos de um modelo difusional e friccional. Estes resultados, associados a cálculos teóricos, tomaram possível postular um mecanismo intramolecular modificado para a decomposição induzida de 1,2-dioxetanos. No sistema peróxi-oxalato foi realizada uma tentativa de detecção direta do dióxido de carbono ânion-radical através de medidas do sinal de ressonância paramagnética de elétron do aduto formado entre α-fenil-N-tert-butilnitrona (PBN), um spin trap, e o radical-anion. Apesar da leve discrepância entre as constantes de acoplamento do sinal observado em relação aos valores relatados na literatura para o aduto PBN-CO2, a caracterização foi realizada preliminarmente através de espectroscopia de massas com injeção direta. Finalmente, foi desenvolvido um sistema para calibração de luminômetros de microplacas, baseado na quimiluminescência de luminol em matriz polimérica, que pode ser utilizado - adicionalmente - na quantificação de peróxido de hidrogênio, em concentrações µmol-1, e agentes redutores com potencial anti-radicalar e antioxidante. / The chemiluminescence resulting from induced decomposition of 1,2-dioxetanes and the peroxyoxalate system can be explained by the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL mechanism. This hypothesis postulates an electron transfer followed by a bond cleavage or rearrangement and back electron transfer which can occur in a intra or intermolecular way, depending on the system. The chemiexcitation step in the peroxyoxalate system involves an intermolecular back electron transfer, in which two radical ions participates - one of them is assumed to be carbon dioxide radical anion. However, there is no consensus about the back electron transfer path in the induced decomposition of 1,2-dioxetanes, which Can occur in an intra or intermolecular way. This work reports the synthesis of seven 1,2-dioxetane derivatives, the results obtained in the investigation of the chemiexcitation path proposed by the CIEEL mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes and for the peroxyoxalate system, and the application of poly(vinylpirrolidone) supported luminol chemiluminescence in the development of a rnicroplate luminometer calibration method. It was possible to confirm, by the study of solvent viscosity effect on singlet quantum yields in induced 1,2-dioxetane decomposition, a dependence between chemiexcitation efficiency and the solvent cavity effect, which was rationalized based on a diffusional and frictional model. These results, together with theoretical calculations, allow us to postulate a modified intermolecular chemiexcitation mechanism for the induced decomposition of 1,2-dioxetanes. An attempt to detect directly the carbon di oxide radical anion in the peroxyoxalate system was made based on the electron paramagnetic resonance detection of the α-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN)-CO2 adduct. Despite small discrepancies between the observed and the previously reported hyperfine coupling constant values, the adduct characterization was confirmed by direct injection mass spectrometry. Finally, a microplate luminometer light intensity calibration system, based on polymeric matrix-supported luminal, was developed. This method can be used also to determine hydrogen peroxide at µ mol-1 concentration and to quantify reducing agents with antiradical and antioxidant potential.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Heering Bartoloni / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, Santo André, 2018. / No presente trabalho estudou-se a aplicabilidade de fluorescencia (FL) e quimiluminescencia (CL) para a determinacao de mecanismos de reacao envolvendo esteres, um deles um ester derivado de lofina. A lofina e seus derivados, em geral, apresentam rendimentos quanticos de fluorescencia (¿³FL) com valores relativamente altos (¿³FL > 0,1), tornando essas moleculas amplamente utilizadas em estudos CL e FL. A decomposicao do ester de lofina (acetato de 4-(4,5-difenil-1H-imidazol-2-il)fenila, 1) foi estudada em meio alcalino alcoolico utilizando como solventes MeOH e iPrOH, e como bases HO., tBuO., DBU e TEA. Duas metodologias de acompanhamento de cinetica por emissao foram comparadas: observando a formacao do produto (¿Éex = 350 nm e ¿Éem = 475 nm) e o consumo do ester 1 (¿Éex = 300 nm e ¿Éem = 400 nm). Ambas apresentaram resultados equivalentes para as constantes de velocidade observadas. Tanto em MeOH quanto em iPrOH, o possivel mecanismo ocorre por uma via classica BAC2, envolvendo a base conjugada do solvente (i.e., MeO. ou iPrO.) como nucleofilo, gerada por CBE quando HO., tBuO. e DBU foram empregados como catalisadores (kbim = 4,5.6,5 L mmol.1 s.1). Para TEA, uma constante kbim tres ordens de grandeza inferior foi obtida, representando uma possivel mudanca no mecanismo de reacao, provavelmente, para catalise nucleofilica. A solvolise neutra do ester se mostrou particularmente significativa quando baixas concentracoes de catalisador foram utilizadas. Na segunda parte deste trabalho, referente a reacao peroxioxalato, a degradacao do oxalato de bis(2,4,6-triclorofenila) (TCPO) foi estudada em MeOH e comparada ao sistema classico (em EtOAc, com catalise por imidazol). Ensaios cineticos de emissao e absorcao permitiram verificar que a metanolise se mostrou proeminente frente a peridrolise. Por ensaios de absorcao, foi possivel determinar que a primeira eliminacao de um residuo fenolico ocorre mais rapidamente que a segunda (kABS1 > kABS2), contrariamente ao observado no sistema classico, tanto para metanolise quanto peridrolise. Observou-se que a adicao de EtOAc ao meio protico polar muda o comportamento cinetico da reacao, aproximando-o ao do sistema classico. Propos-se um modelo cinetico final, indicando quais etapas sao lentas, rapidas e muito rapidas, dentro do processo estudado. / The use of fluorescence (CL) and chemiluminescence (FL) for the determination of reaction mechanisms involving esters was studied in this work, one of them is a lophine derived ester. Lophine and its derivatives generally have quantum fluorescence yields (ÖFL) with relatively high values (ÖFL> 0.1), making these molecules widely used in CL and FL studies. The decomposition of a lophine derived ester (4-(4,5-diphenyl-1H-imidazol-2-yl)phenyl acetate, 1) was studied in basic alcoholic media using MeOH and iPrOH as solvents, and HO¿, tBuO¿, DBU and TEA as bases. Two methodologies for tracking emission kinetics were compared: observing product formation (ëex = 350 nm and ëem = 475 nm) and ester 1 consumption (ëex = 300 nm and ëem = 400 nm). Both methods showed equivalent results for the obtained observed rate constants. Possibly the reaction mechanism follows a BAC2 pathway, in both MeOH and iPrOH, involving the solvent conjugate base (i.e., MeO¿ or iPrO¿) as nucleophile, generated by SBC when HO¿, tBuO¿ and DBU were used as catalysts (kbim = 4.5¿6.5 L mmol¿1 s¿1). For TEA, the obtained kbim was three orders of magnitude smaller, indicating a possible change in reaction mechanism, probably to nucleophilic catalysis. The ester¿s neutral solvolysis showed to be particularly significant when low concentrations of catalyst were used. At the second section of this work, regarding the peroxyoxalate reaction, the degradation of bis(2,4,6-trichlorophenyl)oxalate (TCPO) was studied in MeOH and compared to the classical system (in EtOAc, with imidazole catalysis). Emission and absorption kinetic assays allowed to conclude that methanolysis overcomes perhydrolysis. Through absorption measurements, it was possible to verify that the elimination of the first phenolic residue occurs faster than the second (kABS1 > kABS2), contrarily to the observation in the classical system, for both methanolysis and perhydrolysis. It was observed that the addition of EtOAc to the protic polar media changes the kinetical behavior of the reaction, approximating it to the classical system. A final kinetic model was proposed, stating which are the slow, fast and very fast steps, within the studied process.

O sistema peroxioxalato possui diversas aplicações analíticas, principalmente devido aos altos rendimentos de emissão obtidos e relativa simplicidade. Aqui se estudou a alta eficiência desse sistema em diversas frentes, comparando-o a sistemas semelhantes, relacionando-o com um sistema intramolecular eficiente, procurando a estrutura do seu intermediário de alta energia e investigando as etapas de produção desse, tentando-se obter informações experimentais e teóricas sobre essa reação. A cinética do sistema peroxioxalato foi estudada utilizando-se como ativador o naftaleno, um composto aromático relativamente simples, que permite a aplicação de cálculos teóricos precisos ao sistema. Esses estudos teóricos dos complexos de transferência de carga entre naftaleno e o 1,2-dioxetano, a 1,2-dioxetanona e a 1,2-dioxetanodiona mostraram que a acessibilidade dos estados excitados está diretamente relacionada às propriedades eletrônicas do peróxido envolvido. Estudando-se os ânions radicais desses peróxidos se observou que o aumento no número de carbonilas do peróxido faz dele um melhor aceptor de elétron e que, especificamente para a 1,2-dioxetanona, a transferência de elétron é capaz de promover um caminho de decomposição sem barreiras energéticas. Estudos cinéticos da reação peroxioxalato utilizando DBU como catalisador básico forte não nucleofílico indicaram a viabilidade da reação nessas condições, embora com velocidades altas. Entretanto, não foi possível obter resultados cinéticos usando fenolatos como ativadores. Experimentos de adição retardada de ativador também foram efetuados usando um solvente que poderia facilitar a detecção do intermediário de alta energia, observando-se um acúmulo desse intermediário nas cinéticas de emissão. Porém, não foi possível detectar esse intermediário por espectrometria de massas. Por último, verificou-se que as etapas iniciais do sistema são exotérmicas, exceto a formação do anel de quatro membros. Estudando-se esse passo detalhadamente obteve-se para uma das etapas um valor de ρ de Hammett semelhante ao observado experimentalmente, indicativo de que essa deve ser a etapa determinante de velocidade e de que o intermediário de alta energia deve ser a 1,2-dioxetanodiona. / The peroxyoxalate system has several analytical applications, mainly due to its high emission yields and relative simplicity. Here this system high efficiency was studied in several fronts, comparing it with similar systems, connecting it with an intramolecular efficient system, searching for the structure of its high-energy intermediate and investigating the steps in its production, trying to obtain experimental and theoretical information about this reaction. The peroxyoxalate system kinetics was studied using naphthalene as activator, an aromatic compound relatively simple, that allows the application of accurate theoretical calculations to this system. These theoretical study of charge transfer complexes between naphthalene and 1,2-dioxetane, 1,2-dioxetanone, and 1,2- dioxetanedione have shown that the availability of excited states is directly related to the electronic properties of the involved peroxide. Studying the radical anion of these peroxides it was observed that an increase in the number of peroxide carbonyls makes it a better electron acceptor and that, specifically for 1,2-dioxetanone, the electron transfer can provide a barrierless decomposition path. Kinetic studies of the peroxyoxalate system using DBU as a nonnucleophilic strong base catalyst indicated the reaction feasibility in these conditions, despite its high rate. However, it was not possible to obtain kinetic results using phenolates as activators. Experiments of delayed addition of activator were made as well using a solvent that could facilitate the detection of the high-energy intermediate, observing accumulation of this intermediate in emission kinetics. Yet, it was not possible to detect this intermediate by mass spectroscopy. At last, it was verified that the initial steps of the system are exothermic, with exception of the four-membered ring formation. Studying this step in more detail, it was obtained for a step a Hammett ρ value similar to the one observed experimentally, indicating that this step should be the rate limiting step and that the high-energy intermediate should be the 1,2-dioxetanedione.

O sistema peroxioxalato possui diversas aplicações analíticas, principalmente devido aos altos rendimentos de emissão obtidos e relativa simplicidade. Aqui se estudou a alta eficiência desse sistema em diversas frentes, comparando-o a sistemas semelhantes, relacionando-o com um sistema intramolecular eficiente, procurando a estrutura do seu intermediário de alta energia e investigando as etapas de produção desse, tentando-se obter informações experimentais e teóricas sobre essa reação. A cinética do sistema peroxioxalato foi estudada utilizando-se como ativador o naftaleno, um composto aromático relativamente simples, que permite a aplicação de cálculos teóricos precisos ao sistema. Esses estudos teóricos dos complexos de transferência de carga entre naftaleno e o 1,2-dioxetano, a 1,2-dioxetanona e a 1,2-dioxetanodiona mostraram que a acessibilidade dos estados excitados está diretamente relacionada às propriedades eletrônicas do peróxido envolvido. Estudando-se os ânions radicais desses peróxidos se observou que o aumento no número de carbonilas do peróxido faz dele um melhor aceptor de elétron e que, especificamente para a 1,2-dioxetanona, a transferência de elétron é capaz de promover um caminho de decomposição sem barreiras energéticas. Estudos cinéticos da reação peroxioxalato utilizando DBU como catalisador básico forte não nucleofílico indicaram a viabilidade da reação nessas condições, embora com velocidades altas. Entretanto, não foi possível obter resultados cinéticos usando fenolatos como ativadores. Experimentos de adição retardada de ativador também foram efetuados usando um solvente que poderia facilitar a detecção do intermediário de alta energia, observando-se um acúmulo desse intermediário nas cinéticas de emissão. Porém, não foi possível detectar esse intermediário por espectrometria de massas. Por último, verificou-se que as etapas iniciais do sistema são exotérmicas, exceto a formação do anel de quatro membros. Estudando-se esse passo detalhadamente obteve-se para uma das etapas um valor de ρ de Hammett semelhante ao observado experimentalmente, indicativo de que essa deve ser a etapa determinante de velocidade e de que o intermediário de alta energia deve ser a 1,2-dioxetanodiona. / The peroxyoxalate system has several analytical applications, mainly due to its high emission yields and relative simplicity. Here this system high efficiency was studied in several fronts, comparing it with similar systems, connecting it with an intramolecular efficient system, searching for the structure of its high-energy intermediate and investigating the steps in its production, trying to obtain experimental and theoretical information about this reaction. The peroxyoxalate system kinetics was studied using naphthalene as activator, an aromatic compound relatively simple, that allows the application of accurate theoretical calculations to this system. These theoretical study of charge transfer complexes between naphthalene and 1,2-dioxetane, 1,2-dioxetanone, and 1,2- dioxetanedione have shown that the availability of excited states is directly related to the electronic properties of the involved peroxide. Studying the radical anion of these peroxides it was observed that an increase in the number of peroxide carbonyls makes it a better electron acceptor and that, specifically for 1,2-dioxetanone, the electron transfer can provide a barrierless decomposition path. Kinetic studies of the peroxyoxalate system using DBU as a nonnucleophilic strong base catalyst indicated the reaction feasibility in these conditions, despite its high rate. However, it was not possible to obtain kinetic results using phenolates as activators. Experiments of delayed addition of activator were made as well using a solvent that could facilitate the detection of the high-energy intermediate, observing accumulation of this intermediate in emission kinetics. Yet, it was not possible to detect this intermediate by mass spectroscopy. At last, it was verified that the initial steps of the system are exothermic, with exception of the four-membered ring formation. Studying this step in more detail, it was obtained for a step a Hammett ρ value similar to the one observed experimentally, indicating that this step should be the rate limiting step and that the high-energy intermediate should be the 1,2-dioxetanedione.

O fenômeno de quimiluminescência é uma das mais fascinantes demonstrações de conversão de energia química em energia de excitação. O representante de maior eficiência dentro desta classe é a reação peroxioxalato, pois possui rendimento de emissão de aproximadamente 30%, comparado apenas a sistemas bioluminescentes, cujo rendimento é da ordem de 100%. O sistema peroxioxalato consiste na reação de derivados fenólicos com substituintes atraentes de elétrons do éster oxálico com peróxido de hidrogênio catalisada por base na presença de um hidrocarboneto aromático policondensado com baixo potencial de oxidação (Eox) e altos rendimentos de fluorescência, denominado ativador. O mecanismo desta reação é bastante complexo com várias etapas consecutivas e paralelas que antecedem a emissão de luz. O ponto chave do mecanismo é a etapa de quimiexcitação, onde um intermediário de alta energia (IAE), formado em etapas anteriores, interage com o ativador (ACT), resultando na formação de estados eletronicamente excitados e subseqüentemente em emissão de luz. Para explicar esta interação, é utilizado o mecanismo de Luminescência Induzida Quimicamente pela Transferência de Elétron (UChemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" - CIEEL), o qual envolve transferência e retro-transferência de elétron. O ponto de controvérsia entre vários pesquisadores que estudam a reação peroxioxalato está relacionado com a estrutura do intermediário de alta energia (IAE), pois, de acordo, com os resultados destes trabalhos, diferentes intermediários foram postulados (A-H). (Ver arquivo). O enfoque geral deste trabalho foi estudar a natureza do IAE e a etapa de quimiexcitação com o intuito de obter evidências sobre o mecanismo de geração de estados excitados no sistema peroxioxalato. Para que isto fosse possível, o trabalho foi abordado da seguinte maneira: 1- Síntese e caracterização de intermediários perácidos do tipo D contendo OCH3, CH3, H e NO2 substituídos no anel aromático. Do estudo cinético da reação destes compostos, catalisada por imidazol, na presença de 9,10-difenilantraceno, foi possível propor um mecanismo completo e obter informações a respeito da estrutura do IAE; através da correlação de Hammett foram obtidas evidências para a ocorrência da 1,2-dioxetanodiona (A), como IAE na reação peroxioxalato. 2- Estudo da eficiência de transferência de elétron na etapa de quimiexcitação (mecanismo CIEEL) utilizando a reação do bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato (TCPO) com H2O2 catalisado por imidazol na presença de 3-(2-aril-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno)androsta-1 ,4-dien-17-onas como ativadores. As constantes de velocidade relativas da interação do ACT com o IAE mostram correlação linear com o Eox do ACT e os rendimentos quânticos singlete em concentrações infinitas do ACT (&#934;s&#8734;) correlacionam com as energias livres para a formação do ativador no estado excitado (&#916;G*BET) através do processo de retro-transferência de elétron. Desde modo, os resultados obtidos apresentam evidências para a validade do mecanismo CIEEL utilizado para explicar a formação de estados excitados na etapa de quimiexcitação da reação peroxioxalato. 3- Com o objetivo de obter informações sobre a influência da viscosidade no rendimento quântico singlete (&#934;s) foram feitos estudos da reação do TCPO catalisada por imidazol com H2O2 na presença de 9,1 O-difenilantraceno (DPA) como ativador, utilizando-se misturas variadas de tolueno e difenilmetano. Foi observado aumento de até 10 vezes no rendimento quântico singlete com o aumento da viscosidade de 0,5 para 2,5 cP. Este comportamento é compatível com o mecanismo CIEEL, indicando que a etapa de quimiexcitação ocorre em uma seqüência de eventos, envolvendo intermediários íons radicais. 4- Síntese de derivados de oxazolonas esteroidais substituídos, com o objetivo de obter compostos com novas propriedades foto-físicas e físicoquímicas para aplicar no estudo da reação peroxioxalato, especificamente para obter informações adicionais sobre a etapa de quimiexcitação. O outro interesse nestes compostos era o de transformá-los em reagentes de derivatização para futuramente empregá-los em trabalhos de química analítica que utilizam a reação peroxioxalato. Foram preparados dois novos compostos fluorescentes, além de vários intermediários sintéticos e estes derivados possuem potencial para o uso como ACT em futuras aplicações analíticas. / The phenomenon of chemiluminescence (CL) is one of the most fascinating demonstrations of chemical energy conversion into excitation energy. The most prominent example of this c1ass of reaction is the peroxyoxalate system showing emission quantum yields of around 30 %, comparable only to the 100 % efficiency bioluminescence systems. The peroxyoxalate system consists in the base catalyzed reaction of activated oxalate esters with hydrogen peroxide in the presence of polycondensed aromatic hydrocarbons with low oxidation potentials (Eox) and high fluorescence quantum yields, denominated activatars (ACT). The mechanism of this reaction is quite complex with various subsequent and parallel reaction steps prior to light emission. The crucial mechanistic step is the chemiexcitation step, where a highenergy intermediate (HEI), formed in former reaction steps, interacts with the ACT resulting in excited state formation and subsequent light emission. This interaction can be understood on the basis of the Chemically Initiated Electron Exchange (CIEEL) mechanism, which involves electron and back-electron transfer steps. A controversial point between various authors who study mechanistic aspects of the peroxyoxalate reaction is related to the nature of the high-energy intermediate (HEI) and different proposal for its structure (A - I) have been made. (See file). The main object of this work was to study the nature of the HEI and the chemiexcitation step in arder to obtain evidence with respect to the chemiexcitation mechanism in peroxyoxalate CL. For this purpose, the following approach was used: 1 - Synthesis and characterization of peracid intermediates of type <b.E, containing different substituents (OCH3, CH3, H, NO2). A kinetic study on the imidazole catalyzed reaction of these compounds in the presence of 9,10-diphenylanthracene (DPA) allowed to propose a reaction mechanism and obtain information with respect to the structure of the HEI; Hammett correlations clearly indicate the occurrence of 1,2-dioxetanedione (A) as the HEI in the peroxyoxalate reaction. 2 - The efficiency of electron transfer in the chemiexcitation step (CIEEL mechanism) of the imidazole catalyzed reaction of bis(trichlorophenyl) oxalate (TCPO) with H2O2 in the presence of 3-(2-aryl-5,5-dimethyloxazol-4ylidene) androsta-1,4-dien-17-ones as activators was studied by measuring the singlet quantum yieldso The relative rate constants for the interaction of the ACT with the HEI show linear correlation with the activators oxidation potentials (Eox) and the singlet quantum yields at infinite activator concentrations (&#934;s&#8734;) can be correlated with the free energy change for the formation of the activators excited singlet state (&#916;G*BET) in the back-electron transfer process. Therefore, the obtained results add additional evidence for the validity of the CIEEL scheme to rationalize excited state formation in the peroxyoxalate CL. 3 - The imidazole catalyzed reaction of TCPO with H2O2 in the presence of DPA as ACT was studied in mixtures of toluene and diphenymethane in order to get information about the solvent viscosity influence on the singlet quantum yields (&#934;s). A change of the solvent viscosity from 0,5 to 2,5 cP results in an up to ten fold increase in &#934;s, and this behavior is in agreement with the CIEEL mechanism, indicating that the chemiexcitation step occurs in a sequence of events involving discreet radical ion intermediates. 4 - Synthesis of steroid-substituted oxazolone derivatives with the aim to obtain compounds with new photo physical and physical chemical properties for applications in studies on the peroxyoxalate CL, specifically to obtain insights to the chemiexcitation step. An additional interest in these compounds is their use as derivatization reagents for future utilization in analytical applications of the peroxyoxalate system. In this context, two new fluorescent derivatives have been prepared, apart from several synthetic intermediates and these compounds may have future utility as activators on peroxyoxalate system and analytical applications.

O fenômeno de quimiluminescência é uma das mais fascinantes demonstrações de conversão de energia química em energia de excitação. O representante de maior eficiência dentro desta classe é a reação peroxioxalato, pois possui rendimento de emissão de aproximadamente 30%, comparado apenas a sistemas bioluminescentes, cujo rendimento é da ordem de 100%. O sistema peroxioxalato consiste na reação de derivados fenólicos com substituintes atraentes de elétrons do éster oxálico com peróxido de hidrogênio catalisada por base na presença de um hidrocarboneto aromático policondensado com baixo potencial de oxidação (Eox) e altos rendimentos de fluorescência, denominado ativador. O mecanismo desta reação é bastante complexo com várias etapas consecutivas e paralelas que antecedem a emissão de luz. O ponto chave do mecanismo é a etapa de quimiexcitação, onde um intermediário de alta energia (IAE), formado em etapas anteriores, interage com o ativador (ACT), resultando na formação de estados eletronicamente excitados e subseqüentemente em emissão de luz. Para explicar esta interação, é utilizado o mecanismo de Luminescência Induzida Quimicamente pela Transferência de Elétron (UChemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" - CIEEL), o qual envolve transferência e retro-transferência de elétron. O ponto de controvérsia entre vários pesquisadores que estudam a reação peroxioxalato está relacionado com a estrutura do intermediário de alta energia (IAE), pois, de acordo, com os resultados destes trabalhos, diferentes intermediários foram postulados (A-H). (Ver arquivo). O enfoque geral deste trabalho foi estudar a natureza do IAE e a etapa de quimiexcitação com o intuito de obter evidências sobre o mecanismo de geração de estados excitados no sistema peroxioxalato. Para que isto fosse possível, o trabalho foi abordado da seguinte maneira: 1- Síntese e caracterização de intermediários perácidos do tipo D contendo OCH3, CH3, H e NO2 substituídos no anel aromático. Do estudo cinético da reação destes compostos, catalisada por imidazol, na presença de 9,10-difenilantraceno, foi possível propor um mecanismo completo e obter informações a respeito da estrutura do IAE; através da correlação de Hammett foram obtidas evidências para a ocorrência da 1,2-dioxetanodiona (A), como IAE na reação peroxioxalato. 2- Estudo da eficiência de transferência de elétron na etapa de quimiexcitação (mecanismo CIEEL) utilizando a reação do bis(2,4,6-triclorofenil) oxalato (TCPO) com H2O2 catalisado por imidazol na presença de 3-(2-aril-5,5-dimetiloxazol-4-ilideno)androsta-1 ,4-dien-17-onas como ativadores. As constantes de velocidade relativas da interação do ACT com o IAE mostram correlação linear com o Eox do ACT e os rendimentos quânticos singlete em concentrações infinitas do ACT (&#934;s&#8734;) correlacionam com as energias livres para a formação do ativador no estado excitado (&#916;G*BET) através do processo de retro-transferência de elétron. Desde modo, os resultados obtidos apresentam evidências para a validade do mecanismo CIEEL utilizado para explicar a formação de estados excitados na etapa de quimiexcitação da reação peroxioxalato. 3- Com o objetivo de obter informações sobre a influência da viscosidade no rendimento quântico singlete (&#934;s) foram feitos estudos da reação do TCPO catalisada por imidazol com H2O2 na presença de 9,1 O-difenilantraceno (DPA) como ativador, utilizando-se misturas variadas de tolueno e difenilmetano. Foi observado aumento de até 10 vezes no rendimento quântico singlete com o aumento da viscosidade de 0,5 para 2,5 cP. Este comportamento é compatível com o mecanismo CIEEL, indicando que a etapa de quimiexcitação ocorre em uma seqüência de eventos, envolvendo intermediários íons radicais. 4- Síntese de derivados de oxazolonas esteroidais substituídos, com o objetivo de obter compostos com novas propriedades foto-físicas e físicoquímicas para aplicar no estudo da reação peroxioxalato, especificamente para obter informações adicionais sobre a etapa de quimiexcitação. O outro interesse nestes compostos era o de transformá-los em reagentes de derivatização para futuramente empregá-los em trabalhos de química analítica que utilizam a reação peroxioxalato. Foram preparados dois novos compostos fluorescentes, além de vários intermediários sintéticos e estes derivados possuem potencial para o uso como ACT em futuras aplicações analíticas. / The phenomenon of chemiluminescence (CL) is one of the most fascinating demonstrations of chemical energy conversion into excitation energy. The most prominent example of this c1ass of reaction is the peroxyoxalate system showing emission quantum yields of around 30 %, comparable only to the 100 % efficiency bioluminescence systems. The peroxyoxalate system consists in the base catalyzed reaction of activated oxalate esters with hydrogen peroxide in the presence of polycondensed aromatic hydrocarbons with low oxidation potentials (Eox) and high fluorescence quantum yields, denominated activatars (ACT). The mechanism of this reaction is quite complex with various subsequent and parallel reaction steps prior to light emission. The crucial mechanistic step is the chemiexcitation step, where a highenergy intermediate (HEI), formed in former reaction steps, interacts with the ACT resulting in excited state formation and subsequent light emission. This interaction can be understood on the basis of the Chemically Initiated Electron Exchange (CIEEL) mechanism, which involves electron and back-electron transfer steps. A controversial point between various authors who study mechanistic aspects of the peroxyoxalate reaction is related to the nature of the high-energy intermediate (HEI) and different proposal for its structure (A - I) have been made. (See file). The main object of this work was to study the nature of the HEI and the chemiexcitation step in arder to obtain evidence with respect to the chemiexcitation mechanism in peroxyoxalate CL. For this purpose, the following approach was used: 1 - Synthesis and characterization of peracid intermediates of type <b.E, containing different substituents (OCH3, CH3, H, NO2). A kinetic study on the imidazole catalyzed reaction of these compounds in the presence of 9,10-diphenylanthracene (DPA) allowed to propose a reaction mechanism and obtain information with respect to the structure of the HEI; Hammett correlations clearly indicate the occurrence of 1,2-dioxetanedione (A) as the HEI in the peroxyoxalate reaction. 2 - The efficiency of electron transfer in the chemiexcitation step (CIEEL mechanism) of the imidazole catalyzed reaction of bis(trichlorophenyl) oxalate (TCPO) with H2O2 in the presence of 3-(2-aryl-5,5-dimethyloxazol-4ylidene) androsta-1,4-dien-17-ones as activators was studied by measuring the singlet quantum yieldso The relative rate constants for the interaction of the ACT with the HEI show linear correlation with the activators oxidation potentials (Eox) and the singlet quantum yields at infinite activator concentrations (&#934;s&#8734;) can be correlated with the free energy change for the formation of the activators excited singlet state (&#916;G*BET) in the back-electron transfer process. Therefore, the obtained results add additional evidence for the validity of the CIEEL scheme to rationalize excited state formation in the peroxyoxalate CL. 3 - The imidazole catalyzed reaction of TCPO with H2O2 in the presence of DPA as ACT was studied in mixtures of toluene and diphenymethane in order to get information about the solvent viscosity influence on the singlet quantum yields (&#934;s). A change of the solvent viscosity from 0,5 to 2,5 cP results in an up to ten fold increase in &#934;s, and this behavior is in agreement with the CIEEL mechanism, indicating that the chemiexcitation step occurs in a sequence of events involving discreet radical ion intermediates. 4 - Synthesis of steroid-substituted oxazolone derivatives with the aim to obtain compounds with new photo physical and physical chemical properties for applications in studies on the peroxyoxalate CL, specifically to obtain insights to the chemiexcitation step. An additional interest in these compounds is their use as derivatization reagents for future utilization in analytical applications of the peroxyoxalate system. In this context, two new fluorescent derivatives have been prepared, apart from several synthetic intermediates and these compounds may have future utility as activators on peroxyoxalate system and analytical applications.