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.

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para a determinação da capacidade anti-radicalar de substâncias hidrofílicas e lipofílicas baseada na quimiluminescência do luminol em meio micelar. A reação de luminol, hemina e peróxido de hidrogênio foi estudada na presença de tensoativos carregados (CTAB/CTAC e SDS). Variou-se independentemente a concentração de cada reagente de forma a avaliar seu papel sobre a intensidade inicial de emissão (I0), que é proporcional à velocidade inicial da reação. Em solução aquosa de SDS, a I0 apresentou correlação linear com a concentração de H2O2 entre 5,0 10-6 e 6,0 10-5 mol/L e com a concentração de hemina no intervalo de 8,0 10-9 a 4,0 10-7 mol/L. O aumento da concentração de luminol no intervalo de 5,0 10-7 a 1,0 10-3 provocou aumento na I0 até 5,0 10-5 mol/L, permanecendo constante para concentrações maiores. Na presença de CTAB, o valor de I0 variou linearmente com a concentração de H2O2 no intervalo estudado (2,0 10-5 a 6,7 10-4 mol/L). A I0 aumentou com o aumento da concentração da hemina entre 8,0 10-8 e 8,0 10-6 mol/L. A variação da concentração de luminol de 5,0 10-7 a 5,0 10-5 também provocou aumento na I0, a qual ficou constante para concentrações maiores. Para este tensoativo foram realizadas também medidas de cmc nas condições de reação (tampão fosfato pH 11,6 e &#181; = 0,1), obtendo-se um valor de 2 10-4 mol/L, cinco vezes menor do que a cmc em água. As mudanças espectrais de hemina e luminol em diferentes concentrações de CTAB foram avaliadas, obtendo-se evidências da interação destes reagentes com o tensoativo. Destes estudos, foi possível compreender melhor o comportamento do sistema e foram encontradas condições nas quais se obtêm decaimento lento da intensidade de emissão e I0 alto. Estas condições são ideais para a realização de um ensaio de determinação da capacidade anti-radicalar. O efeito do antioxidante trolox, utilizado como padrão, foi avaliado nestas condições nos sistemas baseados nos três tensoativos. Em todos os casos, observou-se correlação linear entre a concentração de trolox e a área suprimida na cinética de emissão, a qual é proporcional ao número de radicais seqüestrados pelo antioxidante. Os limites de detecção para trolox ficaram abaixo de 1,0 10-7 mol/L, e a faixa de linearidade é de no mínimo uma ordem de grandeza (não foram testadas concentrações superiores a 2,0 10-6 mol/L). No meio de reação com CTAB foram determinadas as capacidades anti-radicalares (n) dos seguintes antioxidantes: vitamina E (n=3,5 ± 0,1), rutina (n=4,0 ± 0,2), quercetina (n=3,8 ± 0,4) e ácido úrico (n=1,3 ± 0,1). Os valores de n determinados com este método foram muito similares com aqueles medidos utilizando-se o ensaio com o radical estável DPPH. Portanto, o ensaio desenvolvido com luminol em meio micelar se mostrou adequado para testar tanto substâncias hidrossolúveis como lipossolúveis. Foram testadas condições para a realização de ensaios consecutivos com injeções repetidas de várias alíquotas de antioxidante na presença de CTAB. Os valores encontrados com o ensaio realizado desta forma foram iguais aos obtidos com o ensaio onde as injeções são feitas individualmente. Este método permite automação e resulta na economia de reagentes e redução do tempo de ensaio / In this work, a methodology to evaluate the anti-radical capacity of hydrophilic and lipophilic compounds based on luminol chemiluminescence in micellar media was developed. The reaction of luminol, hemin and hydrogen peroxide was studied in the presence of charged surfactants (CTAB/CTAC and SDS). The concentration of each reagent was independently varied in order to evaluate its influence on the initial emission intensity (I0), which is proportional to the initial reaction rate. In aqueous SDS solution, I0 showed a linear correlation with the H2O2 concentration between 5,0 10-6 and 6,0 10-5 mol/L, and with the hemin concentration between 8,0 10-9 and 4,0 10-7 mol/L. An increase in the luminol concentration between 5,0 10-7 and 1,0 10-3 mol/L led to an increase in I0 up to 5,0 10-5 mol/L, higher luminol concentrations do not further increased I0. In the presence of CTAB, I0 increased linearly with the H2O2 concentration in the interval studied (2,0 10-5 to 6,7 10-4 mol/L). An increase in I0 was also observed on increasing the hemin concentration from 8,0 10-8 to 8,0 10-6 mol/L. An increase of the luminol concentration from 5,0 10-7 to 5,0 10-5 increased the observed I0, which did not change for higher luminol concentrations. The cmc of CTAB was measured in the reaction conditions (phosphate buffer pH 11,6 and &#181;= 0,1), and the value determined, 2 10-4 mol/L, was five times lower than the cmc in water. The absorption spectra of hemin and luminol in different CTAB concentrations showed significant variation with the surfactant concentration, indicating an interaction between these reagents and the surfactant. With these studies it was possible to understand well the behavior of the system and to establish experimental conditions which lead to kinetic curves with a slow emission intensity decay and relatively high I0, ideal conditions for the performance of the anti-radical capacity assay. The effect of trolox, the antioxidant used as reference, was evaluated in this conditions in the systems based on the three surfactants. In all the cases a linear correlation between the trolox concentration and the suppressed area in the emission kinetics was observed. This area is proportional to the number of radicals trapped by the antioxidant. Detection limits for trolox were below 1,0 10-7 mol/L, and the linear range was at least one order of magnitude (concentrations higher than 2,0 10-6 mol/L were not evaluated). The antioxidant capacity (n) was determined in the reaction medium containing CTAB for vitamin E (n= 3,5 ± 0,1), rutin (n=4,0 ± 0,2), quercetin (n=3,8 ± 0,4) and uric acid (n=1,3 ± 0,1). The n values determined by this method were very similar to those measured with the DPPH assay. Hence, the assay developed with luminol in micelar media was adequate to evaluate the anti-radical capacity of hidrosoluble as well as liposoluble compounds. The assay conditions established in the presence of CTAB allowed the consecutive injection of antioxidant samples during the same kinetic run. The values determined in this consecutive injection assay proved to be very similar to those obtained in the assay where injections were made individually. This method allows automation, economy of reagents and reduction of assay time

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para a determinação da capacidade anti-radicalar de substâncias hidrofílicas e lipofílicas baseada na quimiluminescência do luminol em meio micelar. A reação de luminol, hemina e peróxido de hidrogênio foi estudada na presença de tensoativos carregados (CTAB/CTAC e SDS). Variou-se independentemente a concentração de cada reagente de forma a avaliar seu papel sobre a intensidade inicial de emissão (I0), que é proporcional à velocidade inicial da reação. Em solução aquosa de SDS, a I0 apresentou correlação linear com a concentração de H2O2 entre 5,0 10-6 e 6,0 10-5 mol/L e com a concentração de hemina no intervalo de 8,0 10-9 a 4,0 10-7 mol/L. O aumento da concentração de luminol no intervalo de 5,0 10-7 a 1,0 10-3 provocou aumento na I0 até 5,0 10-5 mol/L, permanecendo constante para concentrações maiores. Na presença de CTAB, o valor de I0 variou linearmente com a concentração de H2O2 no intervalo estudado (2,0 10-5 a 6,7 10-4 mol/L). A I0 aumentou com o aumento da concentração da hemina entre 8,0 10-8 e 8,0 10-6 mol/L. A variação da concentração de luminol de 5,0 10-7 a 5,0 10-5 também provocou aumento na I0, a qual ficou constante para concentrações maiores. Para este tensoativo foram realizadas também medidas de cmc nas condições de reação (tampão fosfato pH 11,6 e &#181; = 0,1), obtendo-se um valor de 2 10-4 mol/L, cinco vezes menor do que a cmc em água. As mudanças espectrais de hemina e luminol em diferentes concentrações de CTAB foram avaliadas, obtendo-se evidências da interação destes reagentes com o tensoativo. Destes estudos, foi possível compreender melhor o comportamento do sistema e foram encontradas condições nas quais se obtêm decaimento lento da intensidade de emissão e I0 alto. Estas condições são ideais para a realização de um ensaio de determinação da capacidade anti-radicalar. O efeito do antioxidante trolox, utilizado como padrão, foi avaliado nestas condições nos sistemas baseados nos três tensoativos. Em todos os casos, observou-se correlação linear entre a concentração de trolox e a área suprimida na cinética de emissão, a qual é proporcional ao número de radicais seqüestrados pelo antioxidante. Os limites de detecção para trolox ficaram abaixo de 1,0 10-7 mol/L, e a faixa de linearidade é de no mínimo uma ordem de grandeza (não foram testadas concentrações superiores a 2,0 10-6 mol/L). No meio de reação com CTAB foram determinadas as capacidades anti-radicalares (n) dos seguintes antioxidantes: vitamina E (n=3,5 ± 0,1), rutina (n=4,0 ± 0,2), quercetina (n=3,8 ± 0,4) e ácido úrico (n=1,3 ± 0,1). Os valores de n determinados com este método foram muito similares com aqueles medidos utilizando-se o ensaio com o radical estável DPPH. Portanto, o ensaio desenvolvido com luminol em meio micelar se mostrou adequado para testar tanto substâncias hidrossolúveis como lipossolúveis. Foram testadas condições para a realização de ensaios consecutivos com injeções repetidas de várias alíquotas de antioxidante na presença de CTAB. Os valores encontrados com o ensaio realizado desta forma foram iguais aos obtidos com o ensaio onde as injeções são feitas individualmente. Este método permite automação e resulta na economia de reagentes e redução do tempo de ensaio / In this work, a methodology to evaluate the anti-radical capacity of hydrophilic and lipophilic compounds based on luminol chemiluminescence in micellar media was developed. The reaction of luminol, hemin and hydrogen peroxide was studied in the presence of charged surfactants (CTAB/CTAC and SDS). The concentration of each reagent was independently varied in order to evaluate its influence on the initial emission intensity (I0), which is proportional to the initial reaction rate. In aqueous SDS solution, I0 showed a linear correlation with the H2O2 concentration between 5,0 10-6 and 6,0 10-5 mol/L, and with the hemin concentration between 8,0 10-9 and 4,0 10-7 mol/L. An increase in the luminol concentration between 5,0 10-7 and 1,0 10-3 mol/L led to an increase in I0 up to 5,0 10-5 mol/L, higher luminol concentrations do not further increased I0. In the presence of CTAB, I0 increased linearly with the H2O2 concentration in the interval studied (2,0 10-5 to 6,7 10-4 mol/L). An increase in I0 was also observed on increasing the hemin concentration from 8,0 10-8 to 8,0 10-6 mol/L. An increase of the luminol concentration from 5,0 10-7 to 5,0 10-5 increased the observed I0, which did not change for higher luminol concentrations. The cmc of CTAB was measured in the reaction conditions (phosphate buffer pH 11,6 and &#181;= 0,1), and the value determined, 2 10-4 mol/L, was five times lower than the cmc in water. The absorption spectra of hemin and luminol in different CTAB concentrations showed significant variation with the surfactant concentration, indicating an interaction between these reagents and the surfactant. With these studies it was possible to understand well the behavior of the system and to establish experimental conditions which lead to kinetic curves with a slow emission intensity decay and relatively high I0, ideal conditions for the performance of the anti-radical capacity assay. The effect of trolox, the antioxidant used as reference, was evaluated in this conditions in the systems based on the three surfactants. In all the cases a linear correlation between the trolox concentration and the suppressed area in the emission kinetics was observed. This area is proportional to the number of radicals trapped by the antioxidant. Detection limits for trolox were below 1,0 10-7 mol/L, and the linear range was at least one order of magnitude (concentrations higher than 2,0 10-6 mol/L were not evaluated). The antioxidant capacity (n) was determined in the reaction medium containing CTAB for vitamin E (n= 3,5 ± 0,1), rutin (n=4,0 ± 0,2), quercetin (n=3,8 ± 0,4) and uric acid (n=1,3 ± 0,1). The n values determined by this method were very similar to those measured with the DPPH assay. Hence, the assay developed with luminol in micelar media was adequate to evaluate the anti-radical capacity of hidrosoluble as well as liposoluble compounds. The assay conditions established in the presence of CTAB allowed the consecutive injection of antioxidant samples during the same kinetic run. The values determined in this consecutive injection assay proved to be very similar to those obtained in the assay where injections were made individually. This method allows automation, economy of reagents and reduction of assay time

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4173293 bytes, checksum: b97bdde9738a247557cc099fc80a29af (MD5) Previous issue date: 2014-04-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, a novel chemiluminescence method using flow-batch analysis for the determination of iron in viscous samples (edible oil, lubricating oil and biodiesel) employing cadmium telluride quantum dots (CdTe QDs) with detection by digital images from webcam was developed. The analytical method proposed a novel strategy includes a pretreatment of the sample that constitutes on-line availability of total iron by acid extraction in one step. In the automatic pre-treatment, a new strategy was developed for chemiluminescent emission, whereby the available analyte was oxidized to Fe(III) in the presence of dichromate ions and reduced to Fe(II) by direct oxidation of CdTe QDs, allowing promote chemiluminescent emission of these nanocrystals. The influence of the size and concentration QDs in this system was estimated revealing a higher sensitivity and selectivity for the small crystals obtained (1.65 nm). Concerning the flow-batch analysis a new mixing chamber was developed in polytetrafluoroethylene (PTFE) provided with quartz windows in order to allow luminescent probes online. A novel management program the automatic system was developed enabling rapid acquisition and efficient handling of digital images without the need to use another program to tratamendo the information obtained. For the construction of the analytical curve-based mathematical model in the RGB color values was used, therefore, considered the norm of vectors in response. The limit of detection and relative standard deviation were calculated to be 0.66 μg mL 1 and < 1.5 % (n = 3), respectively. The analysis of interfering was successful for the major ions present in solution, revealing significant percentage interference (≤ 5 %). The precision of the method was evaluated by recovery test (97.5 to 103.3 %). The robustness of the method was evaluated by intra- and inter- day comparison of the results obtained and using the reference method with detection by atomic absorption graphite furnace at a 95% level of statistical confidence. Finally, the system showed quite satisfactory analytical frequency (43 h 1) and considerably reducing the consumption of chemicals. Thus, it is demonstrated appreciably the viability of new chemiluminescent method, thus allowing the development of new analytical strategies employing potentially useful quantum dots, automation and digital images. / Neste trabalho de pesquisa foi desenvolvido um novo método quimiluminescente em fluxo-batelada para determinação de ferro total em matrizes viscosas (óleo comestível, óleo lubrificante e biodiesel) empregando pontos quânticos de telureto de cádmio (PQs de CdTe) com detecção por imagens digitais via webcam. O método analítico proposto inclui uma nova estratégia de pré-tratamento da amostra que consiste na disponibilização on-line do ferro total por meio de extração ácida em fase única. Além do pré-tratamento automático, uma nova estratégia para emissão quimiluminescente foi desenvolvida, através da qual todo o analito disponível foi oxidado para Fe(III) na presença de íons dicromato e reduzido para Fe(II) mediante o processo de oxidação direta dos PQs de CdTe, o que permitiu promover a emissão quimiluminescente desses nanocristais. A influência do tamanho e concentração dos PQs nesse sistema foi avaliada revelando uma maior sensibilidade e seletividade para os cristais obtidos de menor dimensão (1,65 nm). Concernente ao sistema automático fluxo-batelada uma nova câmara de mistura foi desenvolvida em politetrafluoretileno (PTFE) provida de janelas de quartzo com o objetivo de permitir detecções luminescentes on-line. Um novo programa de gerenciamento do sistema automático foi desenvolvido permitindo uma rápida aquisição e eficiente tratamento das imagens digitais, sem a necessidade de empregar qualquer outro programa para o tratamento da informação obtida. Para a construção da curva analítica foi utilizado um modelo matemático baseado nos valores de cor RGB, sendo assim, considerada a norma dos vetores como resposta. O limite de detecção e o desvio padrão relativo foram calculados em 0,66 μg L 1 e < 1,5 % (n = 3), respectivamente. A análise de interferentes foi realizada com êxito para os principais íons presentes em solução, não revelando interferência percentual significativa (≤ 5%). A exatidão do método foi avaliada através do teste de recuperação (97,5 103,3 %). A robustez do método foi avaliada por comparação intra- e inter-dia dos resultados obtidos e empregando o método de referência com detecção por absorção atômica em forno de grafite em um nível de 95% de confiança estatística. Por fim, o sistema apresentou frequência analítica bastante satisfatória (43 h 1) e redução considerável do consumo de produtos químicos. Desta forma, é demonstrado de modo apreciável a viabilidade do novo método quimiluminescente, permitindo assim, o desenvolvimento de novas estratégias analíticas potencialmente úteis empregando pontos quânticos, automação e imagens digitais.

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.

Foram sintetizados, purificados e caracterizados os peróxidos cíclicos: peróxido de difenoíla (1), dimetil-1,2-dioxetanona (2), e spiro-adamantil &#945;-peróxi lactona (3), e determinados seus parâmetros de quimiluminescência. Foram redeterminados os rendimentos quânticos singlete na decomposição catalisada de 1 e 2 em condições análogas as utilizadas anteriormente na literatura, obtendo-se valores várias ordens de grandeza menores que os inicialmente relatados para estes sistemas padrão para a formulação do mecanismo Luminescência Iniciada Quimicamente por Troca de Elétron (Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL). O efeito de gaiola de solvente, utilizando-se o sistema binário tolueno/difenilmetano, sobre o rendimento quântico na decomposição de 1 catalisada por rubreno, mostrou-se consideravelmente menor para este sistema intermolecular do que o observado no sistema intramolecular da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos fenóxi-substituidos. Foram determinados pela primeira vez os parâmetros de quimiluminescência na decomposição unimolecular e catalisada da spiro-adamantil &#945;-peróxi lactona (3), mostrando que esta é a &#945;-peróxi lactona mais estável sintetizada e estudada até o momento. Este peróxido é sujeito à decomposição catalisada por ativadores adequados, envolvendo transferência de elétron, porém, com eficiência baixa devido a um impedimento estérico exercido pelo substituinte spiro-adamantila sobre a interação do peróxido com o ativador. O rendimento quântico singlete máximo obtido na decomposição catalisada de 3 é de 1%, valor consideravelmente menor que os determinados para sistemas intramoleculares. A decomposição dos peróxidos cíclicos 1 a 3 é catalisada por fenolatos como ativadores, porém, os rendimentos singlete obtidos nesta reação são baixos, entre 10-3 e 10-7 E mol-1. Os resultados obtidos com este sistema modelo intermolecular para a decomposição induzida por transferência intramolecular de elétron de 1,2-dioxetanos fenóxi-substituidos, demonstram claramente que esta última transformação quimiluminescente de alta eficiência deve ocorrer por uma retro-transferência de elétron intramolecular e não intermolecular como proposto na literatura, e como é necessariamente o caso no sistema modelo estudado no presente trabalho. / The cyclic peroxides diphenoyl peroxide (1), dimethyl-1,2-dioxetanone (2) and spiro-adamantyl &#945;-peroxy lactone (3) were synthesized, purified and characterized, as well as its chemiluminescence parameters determined. The singlet quantum yields in the catalyzed decomposition of 1 and 2 were re-determined in experimental conditions equivalent to those formerly utilized in the literature, obtaining values various orders of magnitude lower than the ones initially reported for these model systems for the formulation of the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" (CIEEL) mechanism. The solvent-cage effect on the singlet quantum yields in the rubrene catalyzed decomposition of 1, using the binary system toluene / diphenylmethane, showed to be considerably lower for this intermolecular system than the one observed in the intramolecular system of the induced phenoxy-substituted 1,2-dioxetane decomposition. The chemiluminescence parameters in the unimolecular and catalyzed spiro-adamantyl &#945;-peroxylactone (3) decomposition were determined for the first time, showing that 3 is the most stable &#945;-peroxylactone synthesized and studied up to now. This peroxide is subject to catalyzed decomposition by appropriate activators involving electron transfer, however, with low efficiency due to the steric effect of the spiro-adamantyl substituents on the interaction of the peroxide with the activator. The maximum singlet quantum yield obtained in the catalyzed decomposition of 3 is 1 %, a value considerably lower than those determined for intramolecular systems. The decomposition of the cyclic peroxides 1 to 3 is catalyzed by fenolato ions as activators, thus the singlet quantum yields measured for this reaction are low, between 10-3 e 10-7 E mol-1. The results obtained for this intermolecular model system for the induced phenoxy-substituted 1,2-dioxetane decomposition demonstrate clearly that the latter highly efficient chemiluminescent transformation should occur by an intramolecular back-electron transfer and not by an intermolecular one as proposed in the literature, and as is necessarily the case in the model system studied in this work.

The cyclic peroxides: diphenoyl peroxide (1), spiro-adamantyl-1,2-dioxetanone (2) and 4-(3-tert-butyldimethylsilyloxyphenyl)-4-methoxyspiro[1.2-dioxetane-3.2\'-adamantane] (3) synthesized, purified and characterized, also their kinetic and chemiluminescence (CL) properties were determined. The influence of solvent polarity on the chemiexcitation parameters of the catalyzed decomposition of 1 and 2, as well as the induced decomposition of 3 were examined in several binary solvent mixtures with different polarity and polarizability parameters, but similar viscosities. For solvents with low polarity, singlet quantum yields for the intermolecular catalyzed decomposition of diphenoyl peroxide (1,) and 1,2-dioxetanone (2) increase in function of medium polarity, showing maximum values in mediums of intermediate polarity, and decreasing in highly polar mixtures. For the induced decomposition of 3, the quantum yield showed to increase with increasing solvent polarity, including high polar solvent systems. In the binary solvent systems studied, the polarizability parameter showed to be contrary to the polarity values, therefore, it might appear that an increase of polarizability leads to a decrease in the singlet quantum yields for catalyzed decomposition of diphenoyl peroxide (1) and the induced decomposition of 3, however an increase in the singlet quantum yields for 1,2-dioxetanone 2. The three CL systems were also studied in binary solvent mixtures with different viscosities but similar polarity and polarizability parameters and singlet quantum yields showed an increase with increasing medium viscosity. Data were analyzed by using the collisional and the free volume models. The highly efficient intramolecular system induced 1,2-dioxetane 3 decomposition showed to be much more sensible to viscosity effects than the inefficient intermolecular systems. This surprising fact indicates that, even showing a significant solvent-cage effect, the induced 1,2-dioxetane should occur by an intramolecular electron back transfer. Moreover, chemiluminescence parameters of these systems were studied in several pure solvents. The obtained singlet quantum yields were correlated with viscosity, polarizability and polarity parameters by using multiple linear regression analysis. / Os peróxidos cíclicos: peróxido de difenoila (1), spiro-adamantil-1,2-dioxetanona (2) e 4-(3-terc-butildimetilsililoxifenil)-4-metoxispiro[1,2-dioxetano-3.2\'-adamantano] (3) foram sintetizados, purificados e caracterizados e as suas propriedades cinéticas e de quimiluminescência (CL) determinadas. A influência da polaridade do solvente sobre os parâmetros de quimi-excitação da decomposição catalisada de 1 e 2, e a decomposição induzida de 3 foi examinada em diversas misturas binárias de solventes com parâmetros de polaridade e polarizabilidade diferente, mas viscosidades semelhantes. Para solventes com baixa polaridade, os rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada intermolecular do peróxido de difenoila (1) e 1,2-dioxetanona (2) aumentam em função da polaridade do meio, mostrando valores máximos em meios com polaridade intermediária, e diminuim para misturas altamente polares. Para a decomposição induzida de 3, o rendimento quântico mostrou aumentar com o aumento da polaridade do solvente, inclusive para sistemas com alta polaridade. Nos sistemas binários de solventes estudados, os parâmetros de polarizabilidade mostraram-se contrários aos valores de polaridade, portanto, parece que um aumento da polarizability leva a uma diminuição nos rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada do peróxido de difenoila (1) e a decomposição induzida de 3, no entanto, um aumento nos rendimentos quânticos singlete para a 1,2-dioxetanona 2. Os três sistemas de CL também foram estudados em misturas binárias de solventes com diferentes viscosidades, mas com parâmetros de polaridade e polarizabilidade semelhantes e os rendimentos quânticos singlete mostraram aumentar com o aumento da viscosidade do meio. Os dados foram analisados usando tanto o modelos colisional quando o modelo de volume livre. Surpreendentemente, o sistema altamente eficiente decomposição induzida intramolecular do 1,2-dioxetano 3 mostrou-se muito mais sensível aos efeitos da viscosidade do que os sistemas intermoleculares ineficientes, o que indica claramente que a decomposição induzida do 1,2-dioxetano deve ocorrer por um processo de retro-transferência de elétron intramolecular. Além disso, os parâmetros de quimiluminescência destes sistemas foram estudados em vários solventes puros. Os rendimentos quânticos singlete obtidos foram correlacionados com parâmetros de viscosidade, polarizabilidade e polaridade usando análise de regressão linear múltipla.

Foram sintetizados, purificados e caracterizados os peróxidos cíclicos: peróxido de difenoíla (1), dimetil-1,2-dioxetanona (2), e spiro-adamantil &#945;-peróxi lactona (3), e determinados seus parâmetros de quimiluminescência. Foram redeterminados os rendimentos quânticos singlete na decomposição catalisada de 1 e 2 em condições análogas as utilizadas anteriormente na literatura, obtendo-se valores várias ordens de grandeza menores que os inicialmente relatados para estes sistemas padrão para a formulação do mecanismo Luminescência Iniciada Quimicamente por Troca de Elétron (Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence - CIEEL). O efeito de gaiola de solvente, utilizando-se o sistema binário tolueno/difenilmetano, sobre o rendimento quântico na decomposição de 1 catalisada por rubreno, mostrou-se consideravelmente menor para este sistema intermolecular do que o observado no sistema intramolecular da decomposição induzida de 1,2-dioxetanos fenóxi-substituidos. Foram determinados pela primeira vez os parâmetros de quimiluminescência na decomposição unimolecular e catalisada da spiro-adamantil &#945;-peróxi lactona (3), mostrando que esta é a &#945;-peróxi lactona mais estável sintetizada e estudada até o momento. Este peróxido é sujeito à decomposição catalisada por ativadores adequados, envolvendo transferência de elétron, porém, com eficiência baixa devido a um impedimento estérico exercido pelo substituinte spiro-adamantila sobre a interação do peróxido com o ativador. O rendimento quântico singlete máximo obtido na decomposição catalisada de 3 é de 1%, valor consideravelmente menor que os determinados para sistemas intramoleculares. A decomposição dos peróxidos cíclicos 1 a 3 é catalisada por fenolatos como ativadores, porém, os rendimentos singlete obtidos nesta reação são baixos, entre 10-3 e 10-7 E mol-1. Os resultados obtidos com este sistema modelo intermolecular para a decomposição induzida por transferência intramolecular de elétron de 1,2-dioxetanos fenóxi-substituidos, demonstram claramente que esta última transformação quimiluminescente de alta eficiência deve ocorrer por uma retro-transferência de elétron intramolecular e não intermolecular como proposto na literatura, e como é necessariamente o caso no sistema modelo estudado no presente trabalho. / The cyclic peroxides diphenoyl peroxide (1), dimethyl-1,2-dioxetanone (2) and spiro-adamantyl &#945;-peroxy lactone (3) were synthesized, purified and characterized, as well as its chemiluminescence parameters determined. The singlet quantum yields in the catalyzed decomposition of 1 and 2 were re-determined in experimental conditions equivalent to those formerly utilized in the literature, obtaining values various orders of magnitude lower than the ones initially reported for these model systems for the formulation of the Chemically Initiated Electron Exchange Luminescence\" (CIEEL) mechanism. The solvent-cage effect on the singlet quantum yields in the rubrene catalyzed decomposition of 1, using the binary system toluene / diphenylmethane, showed to be considerably lower for this intermolecular system than the one observed in the intramolecular system of the induced phenoxy-substituted 1,2-dioxetane decomposition. The chemiluminescence parameters in the unimolecular and catalyzed spiro-adamantyl &#945;-peroxylactone (3) decomposition were determined for the first time, showing that 3 is the most stable &#945;-peroxylactone synthesized and studied up to now. This peroxide is subject to catalyzed decomposition by appropriate activators involving electron transfer, however, with low efficiency due to the steric effect of the spiro-adamantyl substituents on the interaction of the peroxide with the activator. The maximum singlet quantum yield obtained in the catalyzed decomposition of 3 is 1 %, a value considerably lower than those determined for intramolecular systems. The decomposition of the cyclic peroxides 1 to 3 is catalyzed by fenolato ions as activators, thus the singlet quantum yields measured for this reaction are low, between 10-3 e 10-7 E mol-1. The results obtained for this intermolecular model system for the induced phenoxy-substituted 1,2-dioxetane decomposition demonstrate clearly that the latter highly efficient chemiluminescent transformation should occur by an intramolecular back-electron transfer and not by an intermolecular one as proposed in the literature, and as is necessarily the case in the model system studied in this work.

Estudos envolvendo o oxigênio molecular singlete (1O2) tem uma relevância biológica, uma vez que esta espécie, devido ao caráter eletrofílico, reage com moléculas ricas em elétrons como proteínas, lipídeos e DNA provocando danos que resultam em perdas de função e integridade celular. Em sistemas biológicos, a presença de outras espécies reativas de oxigênio e nitrogênio, dificultam a identificação de lesões específicas causadas por 1O2 .Neste contexto, este trabalho foi desenvolvido objetivando a síntese de endoperóxidos isotopicamente marcados com 17O para serem utilizados como fonte geradora limpa de 17[1O2] em estudos mecanísticos. A capacidade de geração de 17[1O2] pelo endoperóxido N,N\'-di(2,3-dihidroxipropil)-3,3\'-(1,4 naftilideno) dipropanamida 17O (DHPN17O2) foi confirmada utilizando o captador químico sulfato mono-{2-[10-(2-sulfoxi-etil)-antracen-9-il]-etil}éster de sódio e o nucleosídeo 2\'- desoxiguanosina. Os produtos isotopicamente marcados com 17O formados foram analisados por espectrometria de ressonância magnética nuclear e cromatografia líquida de alta eficiência acoplado ao espectrômetro de massa. Os lipídeos, em especial o colesterol ao reagir com o 1O2 geram hidroperóxidos de colesterol como produtos de oxidação primária e na presença de metais resulta em compostos de maior reatividade e toxicidade, como os radicais peroxila, que contribuem para a propagação da peroxidação lipídica. Neste trabalho, demonstramos que os hidroperóxidos de colesterol são capazes de gerar 1O2 na presença de metal através de medidas de luminescência, utilização de supressores e captador químico de 1O2. Os mecanismos de reação envolvidos foram estudados e determinados por espectrometria de massa acoplada a cromatografia líquida de alta eficiência. Por fim, a caracterização detalhada dos produtos formados por espectrometria de ressonância magnética nuclear e massa na reação do colesterol com 1O2 mostrou que além dos hidroperóxidos a reação também produz um aldeído, o 3&#946; -hidroxi-5&#946;-hidroxi-B-norcolestano-6&#946;-carboxialdeído. Até o momento, este composto havia sido identificado como um produto específico da ozonização do colesterol. Neste estudo, baseado nos estudos por reações de quimiluminescência, é proposto o mecanismo de formação deste aldeído em reações de oxidação de colesterol por 1O2 envolvendo intermediário dioxetano. / Studies involving singlet molecular oxygen (1O2) has biological relevance, once this species, due to its eletrophylic character, reacts with rich electron molecules such as proteins, lipids and DNA causing damages that result in loss of function and cellular integrity. In biological system, the presence of other reactive species of oxygen and nitrogen impair the identification of lesions caused by 1O2. In this context, this work was developed with the aim of synthesizing <SUP17O-labeleded endoperoxides to be used as a clean source of (1O2) in mechanistic studies. The ability of 17[1O2]generation by N,N\'-di(2,4-dihydroxypropyl)-1,4-naphthalene-dipropanamide labeled with 17O(DHNP17O2) was observed using the disodium salt of anthracene-9,10-diyldiethyl disulfate as a chemical trap and the nucleoside 2\'-deoxyguanosine. The products isotopically labeled with 17O were analyzed by nuclear magnetic resonance spectroscopy and high performance liquid chromatography coupled to a mass spectrometer. Lipds, in special the cholesterol, when reacting with singlet molecular oxygen generate cholesterol hydroperoxides as primary products and in the presence of metals result in compounds of higher reactivity and toxicity, such as peroxyl radicals which contribute to the propagation of lipid peroxidation. In this work, we demonstrated that cholesterol hydroperoxides are able to generate singlet molecular oxygen in the presence of metal by chemiluminescence measurements by testing the effect of singlet molecular oxygen quencher and by chemical trap. The involved reaction mechanisms were studied and determined by mass spectrometry coupled to the high performance liquid chromatography. Finally, we detailed characterization of the products formed in the reaction of cholesterol with 1O2 by nuclear magnetic resonance and mass spectroscopy showed that besides cholesterol hydroperoxides, the reaction also produces an aldehyde, 3&#946;hydroxy-5&#946;-hydroxy-B-norcholestan-6&#946;-carboxyaldehyde which had been identified as a specific product of cholesterol ozonization. In this study, based on the studies of chemiluminescence reactions, the mechanism of formation of this aldehyde in reaction of oxidation of cholesterol by 1O2 involving a dioxetane intermediate has been proposed.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 2426440 bytes, checksum: ed3c18b465357e2c561cffbd380b983f (MD5) Previous issue date: 2008-07-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The chemiluminescence (CL) of luminol-cobalt(II) reaction has been used in analytical systems for capillary electrophoresis, chromatography, -TAS (microTotal Analysis System), etc. Even with the diversity of applications, the steps of this reaction have not been completely elucidated and have been still a subject of research and controversy. Many works reported only to the isolated studies of the influence of each variable in the luminol-cobalt(II) reaction and, as such studies do not consider the interactions among variables, they do not exploit the total performance of this reaction in order to increase the chemiluminescent intensity (ICL). In this context, the use of an experimental design and a ChemiLumimetric Flow-Batch System (CLFBS) is proposed in this work in order to study and to optimize this reaction, aiming at to develop an automatic method to determine vitamin B12 (VB12) in drugs. For optimization purpose, a 24 factorial design was carried out fixing the cobalt concentration at 3.0 g L-1 and varying the concentration of luminol, hydrogen peroxide, sodium hydroxide and the order of mixture of these reagents. Sixteen assays were performed in five replicates, generating a total of eighty experiments. The analysis using normal plot of the experimental design revealed that the luminol concentration and the order of mixture of the reagents are variables more important than the NaOH or H2O2 concentrations to luminol-cobalt(II) reaction. These two parameters were responsible to enhance the chemiluminescent signal in about 80%. Another study was carried out in order to evaluate the CLFBS performance by using the optimized variables which were suggested by the factorial design study. Calibration curves were built by using standard solution of Co(II) and VB12 and the analytical parameters for Co(II) curve were: ΔICL = -21.39 +1771.37[Co2+] (r2 = 0.9996), LD and LQ = 12.0 ng L-1, RSD = 1.8% (n = 5), analytical sensitivity = 1947.29 W/g L-1; and VB12 curve were: ΔICL = -186.71 + 12.90 [VB12] (r2 = 0.9999), LD = 14.53 mg L-1 and LQ = 14.70 mg L-1, RSD = 2.1% (n = 4) and analytical sensitivity = 10.76 W/μg L-1. The results of the vitamin B12 analysis in drug samples employing the luminol-cobalt(II) reaction and CLFBS were enough satisfactory. Relative errors smaller than 4% were obtained by using curve calibration or standard addition method. The recovery studies yield very good values, which were of 97 to 103%. In addition, a good agreement was obtained when a drug sample was analyzed by the proposed and the reference (HPLC) method. Thus, the automatic chemilumimetric method, which was here developed and optimized, can be considered a promising alternative to quality control of vitamin B12 in drugs. / A quimiluminescência (QL) da reação luminol-cobalto(II) vem sendo empregada em sistemas analíticos de eletroforese capilar, cromatografia, -TAS (microTotal Analysis System), etc. Mesmo com a diversidade de aplicações, essa reação possui etapas pouco elucidadas que continuam sendo alvo de pesquisas e polêmicas. Muitos trabalhos relatam apenas estudos isolados da influência de cada variável na reação luminol-cobalto(II) e, por não considerar as interações entre as variáveis, estes estudos não exploram ao máximo a performance analítica desta reação. Neste contexto, foi proposto neste trabalho o uso de um planejamento experimental e de um Sistema Quimilumimétrico Fluxo-Batelada (SQLFB) para o estudo e a otimização desta reação com vista a desenvolver um método automático para a determinação de vitamina B12 (VB12) em medicamentos. Na otimização, foi utilizado um planejamento fatorial 24 em que foi mantido constante a concentração de cobalto(II) em 3,0 g L-1 enquanto variou-se as concentrações de luminol, peróxido de hidrogênio, hidróxido de sódio e a ordem de mistura destes constituintes. Foram efetuados dezesseis ensaios em quintuplicata, perfazendo um total de 80 experimentos realizados. A análise usando o gráfico normal do planejamento experimental revelou que a concentração de luminol ([Lu]) e a ordem da mistura (OM) dos reagentes são variáveis mais importante do que a concentração de NaOH e H2O2 para a reação luminol-cobalto(II). Ambas variáveis [Lu] e OM foram responsáveis por aumentar o sinal quimiluminescente em cerca de 80%. Um outro estudo foi realizado para avaliar a performance do SQLFB, empregando as variáveis otimizadas que foram sugeridas pelo estudo do planejamento fatorial. Curvas de calibração foram construídas utilizando soluções padrão de Co(II) e de VB12 e os parâmetros analíticos para a curva Co(II) foram: ΔIQL=-21,39+1771,37[Co2+](r2 = 0,9996), LD=1,54 ng L-1 e LQ=5,13 ng L-1, DPR=1,8% (n=5) e sensibilidade analítica=1947,29 Watts/μg L-1; e para a curva VB12 foram: ΔIQL= -186,71 + 12,90[VB12] (r2 = 0,9999), LD=0,89 μg L-1 e LQ = 2,98 μg L-1, DPR=2,1% (n=4) e sensibilidade analítica=10,76 Watts/μg L-1. Os resultados obtidos nas análises de vitamina B12 em medicamentos empregando a reação luminol-cobalto(II) e o SQLFB foram bastante satisfatórios. Erros relativos menores do que 4% foram obtidos empregando as técnicas de curva de calibração e de adição de padrão. Em estudos de recuperação, os valores foram também muito bons, ficando entre 97 e 103%. Além disso, uma boa concordância entre os resultados foi obtida quando uma amostra foi analisada empregando o método aqui proposto e o método de referência (HPLC). Portanto, o método quimilumimétrico automático aqui desenvolvido e otimizado pode ser considerado uma alternativa promissora para o controle de qualidade de vitamina B12 em medicamentos.