Neste trabalho, avaliou-se o potencial do uso de oxidantes quirais em oxidações enantiosseletivas de compostos orgânicos de boro. É de conhecimento geral que compostos orgânicos de boro, especialmente ésteres e ácidos borônicos são facilmente oxidados por hidroperóxidos em meio básico. No entanto, são escassos na literatura exemplos destas reações de modo enantiosseletivo. A fim de realizar as reações mencionadas, sintetizou-se os hidroperóxidos quirais TADOOH ({(4R,5R)-5-[(hidroperoxidifenil)metil]-2,2-dimetil-1,3-dioxolan-4il}difenilmetanol) e o hidroperóxido quiral derivado de carboidrato, 2,3-dideoxi1-O-oxidanil-4,6-di-O-pivaloil-α-D-eritro-hex-2-enopiranose (di-O-PivOOH). Estes compostos apresentaram resultados interessantes na literatura em oxidações enantiosseletiva de sulfetos orgânicos, em epoxidações de alcenos e em oxidações de Baeyer-Villiger. Inicialmente o potencial oxidativo de ambos hidroperóxidos, bem como a seletividade destes, foi avaliado frente a diversos ésteres borônicos, sendo que somente o TADOOH apresentou resultados promissores. (Ver esquema no PDF) Observou-se uma melhor seletividade do TADOOH frente a ésteres borônicos que possuíam grupos carbonílicos em sua estrutura. Ao submeter o β-boronil-éster, 3-fenil-3-(4,4,5,5-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)propanoato de etila, à oxidação com o TADOOH em THF utilizando NaOH como base, a -30°C por 1 hora, obteve-se o respectivo álcool com 40% de e.e. Cálculos de DFT para o estado de transição na oxidação dos ésteres borônicos com o TADOOH foram realizados em colaboração com o grupo do Prof. Dr. Ataualpa Albert Carmo Braga. Estes cálculos demonstraram que o estado de transição é estabilizado por uma ligação de hidrogênio não clássica entre o oxigênio da carbonila e umas das ligações C-H dos grupos fenila do TADOOH. Além dos estudos relatados, a reconhecida metodologia de Sharpless na epoxidação assimétrica de alcoóis alílicos foi adaptada para a oxidação enantiosseletiva de ésteres borônicos. Ao trocar o ligante derivado de éster tártarico, normalmente utilizado nas epoxidações de Sharpless, por (-)-efedrina observou-se uma moderada seletividade deste sistema frente ao pinacol l-fenietilboronato. Investigações mais detalhadas demonstraram que a presença do Ti(IV) não era necessária, sendo que a (-)efedrina era a responsável pela ativação e indução quiral nesta reação. / In this work, it was investigated the potential use of chiral oxidants in organic boron compound oxidation. It is known in the literature, that organic boron compounds can be easily oxidized by hydroperoxides. However, an enantioselective approach in literature is scarce. In order to perform these reactions, hydroperoxide TADOOH ({(4R,5R)-5[(hydroperoxydiphenyl)methyl]-2,2-dimethyl-l,3-dioxolan-4-yl}diphenylmethanol) and carbohydrate derived hydroperoxide, 2,3-dideoxy-1-O-oxidanyl-4,6-di-O-pivaloyl-α-D-erythro-hex-2-enopyranose (di-O-PivOOH), have been synthesized. These compounds showed interesting results in several enantioselective oxidations, as like, organic sulfides oxidation, alkenes epoxidation and Baeyer-Villiger oxidations. The oxidative potential of both hydroperoxides, as well as their selectivity, were evaluated against several boronic esters. Only TADOOH has shown promissing results for further studies. (See Scheme on PDF). Boronic esters containing a carbonyl moiety showed better selectivities with TADOOH, for example, the reaction of β-boronyl-ester, ethyl 3-phenyl-3-(4,4,5,5-tetramethyl-l,3,2-dioxaborolan-2-yl)propanoate, gave the correponding alcohol with 40% e.e. DFT calculations for the transition state in the oxidation of the boronic esters with TADOOH were carried out in collaboration with the group of Prof. Dr. Ataualpa Albert Carmo Braga. These calculations have shown that the transition state is stabilized by a non-classical hydrogen bond between the carbonyl oxygen and one of the C-H bonds of the TADOOH phenyl groups. In addition to the studies, the well-known Sharpless protocol for asymmetric epoxidation of allylic alcohols was adapted in the enantioselective oxidation of boronic esters. By replacing the tartaric ester-derived, commonly used in the Sharpless experiments, for (-)-ephedrine moderate selectivity was observed with pinacol 1-phenylethyl boronate. Further investigations showed that the presence of Ti (IV) was not necessary, and (-)-ephedrine was responsible for the activation and chiral induction in this reaction.

Diante da biodiversidade de micro-organismos existentes na natureza e da necessidade de descobrir novos biocatalisadores para a síntese de bloco de construções quirais e de produtos químicos de alto valor agregado, o presente trabalho teve como objetivo realizar a bioprospeção de micro-organismos para aplicação em reações de oxidação enantiosseletiva de álcoois. Os micro-organismos foram obtidos pelo processo de isolamento induzido de amostras de solo/sedimento coletadas no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (PETAR) e na Antártica. A partir das amostras coletadas (43 de solo e 13 de sedimento) foram isolados 130 microorganimos mesofílicos (isolados de amostras de solo do PETAR) e 232 microorganimos psicrofílicos/psicrotróficos (isolados de amostras de solo/sedimento da Antártica). Realizamos também a avaliação do espectro de atividade enzimática dos micro-organismos em reações de oxidação enantiosseletiva, e para isso empregamos derivados para substituídos do (R,S)-1-(fenil)etanol. Dentre os micro-organismos estudados, 15 psicrofílicos/psicrotróficos e 11 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisaram a oxidação do enantiômero (S) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Nesses casos, as linhagens possuem atividade de álcool desidrogenase em que o rendimento de obtenção da cetona foi > 10 % e excesso enantiomérico > 60 %. Por outro lado 6 micro-organismos mesofílicos apresentaram álcool desidrogenases que catalisam a oxidação do enantiômero (R) do álcool racêmico à sua correspondente cetona. Foi realizada a caracterização taxonômica para alguns micro-organismos através do sequenciamento do 16S rDNA. Dentre os micro-organismos caracterizados, destacaram-se as bactérias Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp., e o Bacillus sp. por apresentar excelente atividade enzimática. Flavobacterium sp. e a Arthrobacter sp. foram selecionadas para o estudo de otimização da reação de oxidação do (R,S)-1-(4- metilfenil)etanol. Nesse processo foram utilizadas as células ressuspensas em tampão fosfato em diferentes temperaturas (5-30 ºC) e tempos reacionais (24-72 horas). A partir desse estudo, observou-se que a Flavobacterium sp. possui uma excelente atividade enzimática a 10 ºC e a Arthrobacter sp. a 25 ºC. Foram determinadas curvas de crescimentos destas bactérias em 15, 20 e 25 ºC, em que ambas apresentaram crescimento ótimo a 25 ºC, indicando que estas bactérias são psicrotróficas / In the view of the microorganisms biodiversity in nature and the necessity to discover new biocatalysts for chiral synthesis of building blocks and high value-added chemical products, the present work was aimed at making the bioprospection of microorganisms for application in enantioselective oxidation reactions of alcohols. Microorganisms were isolated by enrichment technique from soil/sediment samples collected from the State Park of Alto Ribeira (PETAR) and Antarctic. 130 Mesophilic microorganisms were isolated from soil samples of PETAR, and 232 psychrophilic/psychrotrophic microorganisms from soil/sediment samples of Antarctic. We also evaluated the enzymatic activity of the microorganisms in enantioselective oxidation reactions, by using derivatives of substituted para (RS)-1- phenylethanol as substrates. Among the studied microorganisms, 15 psychrophile/psychrotrophic and 11 mesophilic strains contain alcohol dehydrogenases that catalyze the (S)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. In these cases, the strains showed alcohol dehydrogenase activity in which the ketone yields were higher than 10 % and the enantiomeric excess >60 %. Moreover, 6 mesophilic microorganisms showed alcohol dehydrogenases that catalyze the R)-enantiomer oxidation of racemic alcohols to its corresponding ketone. It was performed taxonomic characterization for some microorganisms by sequencing the 16S rDNA. Among the characterized microorganisms, Flavobacterium sp., Arthrobacter sp., Acinetobacter sp. and Bacillus sp. showed excellent enzymatic activity. The Flavobacterium sp. and Arthrobacter sp. were selected for optimization study of oxidation of the (R,S)-1-(4-methyl-phenyl)ethanol. In this process, bacterial cells were resuspended in phosphate buffer at different temperatures (5-30 °C) and reaction times (24-72 h). From these studies, it was observed that the Flavobacterium sp. has an excellent enzymatic activity at 10 ºC and Arthrobacter sp. at 25 ºC. We determined the growth curves of these bacteria in 15, 20 and 25 ° C. Both strains showed optimum growth at 25 ° C, indicating that these bacteria are psychrotrophics.

O capítulo 1 descreve o estudo da biorredução do grupo carbonílico de cetoazidas e β-ceto-1,2,3-triazois para a produção de β-hidroxi-1,2,3-triazois enantiomericamente puros ou enriquecidos. Cinco linhagens de fungos de origem marinha foram avaliadas para a redução da 2-azido-1-feniletanona 1 e duas linhagens, A. sydowii CBMAI 935 e M. racemosus CBMAI 847, foram selecionadas também para a biorredução das 2-azido-1-feniletanonas 2-4 para a produção dos (R)- e (S)-2-azido-1-feniletanois 2a-4a. Os azidoálcoois enantiomericamente enriquecidos obtidos 1a-4a das reações biocatalíticas foram empregados como material de partida para a síntese dos β-hidroxi-1,2,3-triazois 7a-10a enantiomericamente enriquecidos através da click reaction entre a azida terminal e o alcino, fenilacetileno. Uma segunda abordagem para a obtenção de β-hidroxi-1,2,3-triazois enantiomericamente enriquecidos foi o estudo da biorredução de β-ceto-1,2,3-triazois, que são cetonas contendo dois substituintes volumosos. Uma triagem inicial para a biorredução do β-ceto-1,2,3-triazol 7 foi realizada com seis linhagens de fungos de origem marinha, na qual a linhagem do fungo P. citrinum CBMAI 1186 foi selecionada para estudos de otimização da reação biocatalítica. Estudos com variação do meio reacional, utilização de co-solvente e efeito do pH mostraram que as condições ótimas de reação foram utilizando-se tampão fosfato (Na2HPO4/KH2PO4, 0,07 M) em pH 5 e metanol 5% (v/v) como co-solvente. O fungo P. citrinum CBMAI 1186 foi empregado na biorredução dos β-ceto-1,2,3-triazois 8-12 com excelentes resultados de rendimento e seletividade para a produção dos (S)-β-hidroxi-1,2,3-triazois 8a-12a. O Capítulo 2 apresenta a síntese multienzimática da diidropinidina, um alcaloide de origem natural. A nonano-2,6-diona utilizada como material de partida foi obtida através da descarboxilação do dicetoéster, 2-butiril-5-oxo-hexanoato de etila. Estudos para a otimização tanto da síntese do dicetoéster quanto da etapa de descarboxilação foram realizados. Condições ótimas de produção do 2-butiril-5-oxo-hexanoato de etila foram obtidas através da reação da but-3-em-2-ona com o 3-oxo-hexanoato de metila catalisada por CeCl3/NaI. A descarboxilação do dicetoéster foi avaliada através do método de Krapcho empregando-se sais de cloro e água em altas temperaturas, entretanto, a elevada formação de subprodutos estimulou a busca por uma diferente metodologia para a obtenção da nonano-2,6-diona. Foram avaliadas diferentes lipases e esterases para a hidrólise enzimática do dicetoéster seguida por descarboxilação por HCl, na qual a esterase de fígado de porco foi selecionada e promoveu a hidrólise de até 1,6 M de dicetoéster para a produção da nonano-2,6-diona. Diferentes transaminases (TAs) foram estudadas para a aminação redutiva assimétrica da nonano-2,6-diona e duas linhagens foram selecionadas para a produção da (R)- e (S)-2-metil-6-propil-2,3,4,5-tetra-hidropiridina, as TAs de Arthrobacter sp. e Arthrobacter citreus, respectivamente empregando-se isopropilamina como amino doador. As (R)- e (S)-2-metil-6-propil-2,3,4,5-tetra-hidropiridina foram avaliadas pela redução assimétrica para a síntese da diidropinidina por imina redutases (IREDs) e duas linhagens foram selecionadas, a IRED de Mesorhizobium sp. e Norcardiopsis alba, respectivamente. TAs e IREDs foram acopladas em um sistema one-pot multienzimático utilizando como material de partida a nonano2,6-diona (100 mM) para a obtenção dos isômeros cis da diidropinidina com excelentes excessos diastereoisoméricos. / The Chapter 1 describes the bioreduction of the carbonyl group of ketoazides and β-keto-1,2,3-triazoles to produce enantiomerically pure or enriched β-hydroxy-1,2,3-triazoles. Five marine-derived fungi strains were screened to perform the reduction of 2-azido-1-phenylethanone 1. The strains from A.sydowii CBMAI 935 and M. racemosus CBMAI 847 were selected for the bioreduction of the 2-azido-1-phenylethanones 2-4 to yield the (R)- and (S)-2-azido-1-phenylethanols 2a-4a. The enantiomerically enriched azidoalcohols 1a-4a obtained from biocatalytical reactions were used as starting materials for the synthesis of enantiomerically enriched β-hydroxy-1,2,3-triazoles 7a-10a through the click reaction between the terminal azide and phenylacetylene. A second approach for obtaining enantiomerically enriched β-hydroxy-1,2,3-triazoles was the bioreduction of β-keto-1,2,3-triazoles, which are ketones with two bulky substituents. The screening for the bioreduction of the β-keto-1,2,3-triazol 7 was performed with six marine-derived fungi strains and P. citrinum CBMAI 1186 was selected for the optimization studies for the biocatalytic reduction of β-keto-1,2,3-triazoles 8-12.Studies about the composition of reaction medium, use of cosolvent and pH effect showed that the optimal conditions was in phosphate buffer (Na2HPO4/KH2PO4, 0.07 M) at pH 5 and methanol 5% (v/v) as cosolvent. P. citrinum CBMAI 1186 was applied to the bioreduction of β-keto-1,2,3-triazoles 8-12 and good yields and selectivities were obtained for the (S)-β-hydroxy-1,2,3-triazoles 8a-12a. The Chapter 2 describes the multienzymatic synthesis of dihydropinidine, a natural alkaloid. The nonane-2,6-dione used as starting material was obtained through the reduction of the diketoester, methyl butyryl-5-oxohexanoate, and the optimization studies for both diketoester synthesis and decarboxylation reaction were performed. Optimal conditions for the synthesis of methyl butyryl-5-oxohexanoate were obtained by the reaction between but-3-en-2-one and 3-oxohexanoate catalyzed by CeCl3/NaI. The diketoester decarboxylation step was evaluated by the Krapcho method using chlorine and water at high temperatures. However, because of the production of side products by this method, a different procedure for the synthesis of nonane-2,6-dione was studied. Different enzymes (lipases and esterases) were evaluated for the diketoester hydrolysis followed by decarboxylation by HCl. The porcine liver esterase was selected to promote the diketoester hydrolysis up to 1.6 M, yielding nonane-2,6-dione. Different transaminases (TAs) were applied to the asymmetric reductive amination of the nonane-2,6-dione and TAs from Arthrobacter sp. e Arthrobacter citreus were selected for the production of (R)- and (S)-2-methyl-6-propyl-2,3,4,5-tetrahydropyridine, respectively, using isopropylamine as the amine donor. The asymmetric reduction of (R)- and (S)-2-methyl-6-propyl-2,3,4,5-tetrahydropyridine by imine reductases (IREDs) was evaluated and the IREDs from Mesorhizobium sp. and Norcardiopsis alba were selected. TAs and IREDs were coupled in multienzymatic one-pot system using nonane-2,6-dione (100 mM) as starting material for the syntheses of cis isomers of dihydropinidine in excellent diastereoisomeric excess.

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-04T05:42:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_CarolineVieira_D.pdf: 3183194 bytes, checksum: f2a1cb206fded5b0573c8a68c4578d34 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Fases Estacionárias Quirais (FEQs) têm-se mostrado eficientes na resolução de racematos. O Rolipram, (mais ou menos)-4-(3-(ciclopentiloxi)-4-metoxifenil)-2-pirrolidinona, é um antidepressivo que tem apresentado importantes propriedades farmacológicas. A purificação do Rolipram na FEQ tris(3,5-dimetilfenilcarbamato) de celulose adsorvida em sílica através da cromatografia contínua de Leito Móvel Simulado (LSM) foi o objetivo principal deste trabalho. A FEQ foi sintetizada e suas propriedades foram determinadas por análises físicas e químicas. Através de experimentos de adsorção em coluna forma determinados a influência da temperatura sobre o fator de separação ('alfa¿), as isotermas competitivas da adsorção da mistura racêmica e os parâmetros cinéticos e de equilíbrio da separação do N-Boc-Rolipram na FEQ sintetizada. Os experimentos realizados na unidade LSM foram feitos, sob condições diluídas, á temperatura ambiente. O N-Boc-Rolipram foi separado na FEQ sintetizada através do processo cromatográfico contínuo de LMS. As constantes de adsorção de Henry são discutidas e revelam um fator de separação da ordem de 1,20. AS medidas de pureza e excesso enantiomérico das correntes se extrato e refinado forma determinadas. As analises físicas e químicas da FEQ sintetizada revelam boa concordância com os valores teóricos. Efeitos da temperatura sobre o fator de separação mostram que o processo de adsorção é entalpicamente controlado. Ambos os enantiômeros precisam ser realizados par uma melhor compreensão do processo de adsorção. Os parâmetros de equilíbrio e cinética revelam o bom desempenho da FEQ sintetizada na separação dos enantiômeros principalmente o R-Boc-Rolipram / Abstract: Chiral stationary phases (CSPs) have shown efficiency in racemate purification. Rolipram, (mais ou menos)-4-(3-(cyclopentyloxy)-4-methoxyphenyl)- pyrrolidin-2-one, is an antidepressant with significant pharmacological properties. The main objective of this work was Rolipram purification in the Chiral Stationary Phase tris(3,5-dimethylphenylcarbamoyl) cellulose supported on silica by Simulated Moving Bed continuous chromatography. CSP was synthesized and its properties were determined by physical and chemical analysis. Kinetics and equilibrium parameters of the N-Boc-Rolipram, effect of the temperature on the separation factor (a) and competitive isotherms of the racemic mixture were evaluated by adsorption experiments with columns packed with the synthesized CSP. The experiments in the 5MB unit were carried out under diluted conditions at room temperature. The N-Boc-Rolipram racemate was separated on the synthesized CSP by the 5MB continuous chromatographic processoHenry constants are discussed and reveal Selectivity elose to 1,20. Purity and enantiomeric excess of extract and raffinate streams were determined. Chemicals and physicals analyses of the CSP obtained find good agreement with theoretical results. The effects of the temperature on the separation factor show that adsorption process is controlled by the enthalpy. Both enantiomers adsorb similarly on the synthesized CSP, but detailed studies need to be making for a good understanding of the adsorption processoKinetics and equilibrium parameters show good performance of the synthesized CSP to separate the enantiomers, mainly R-Boc-Rolipram racemate / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Biotecnologicos / Doutor em Engenharia Química

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:15:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9198_1.pdf: 1867776 bytes, checksum: dc46604e584110b96021a3b3099da17b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / O uso de complexos de lantanídeos quirais como novos catalisadores em síntese assimétrica tem sido extensivamente estudado na última década. Neste contexto, a busca por novos ligantes quirais e novos compostos de lantanídeos tem despertado grande interesse. Neste trabalho, ligantes quirais contendo grupamento sulfóxidos e aminoácidos N-protegidos foram sintetizados e aplicados juntamente com íons lantanídeos em catálise assimétrica. Os melhores resultados foram obtidos com complexos ditiocarbamatos de lantanídeos e ligantes aminoácidos N-protegidos para reações de adições assimétricas de cianeto a aldeídos e de hidreto a cetonas pró-quirais. Os álcoois e as cianidrinas formados apresentaram elevados rendimentos e excessos enantioméricos. A formação do catalisador quiral in situ foi evidenciada pela mudança de coloração da mistura reacional de laranja para incolor e uma forte luminescência vermelha, característica do íon Eu+3 quando exposto à radiação ultravioleta. Este catalisador quiral foi caracterizado em solução através de dois experimentos: métodos de diluição estequiométrica e variação contínua (método de Job), obtendo-se um complexo com uma razão estequiométrica de 3:1 de N-p-tosila-L-fenialanina(21b): 1,10-fenantrolina dietilditiocarbamato de európio [Eu(Et2NCS2)3fen)]. Os complexos ditiocarbamatos de lantanídeos ainda foram aplicados como ácidos de Lewis na reação de adição simétrica de cianeto a vários aldeídos, sendo o complexo dietilditiocarbamato de Itérbio [Yb(Et2NCS2)3fen)] o que proporcionou os melhores resultados. Usando quantidade catalítica do complexo, foi possível obter cianidrinas em bons rendimentos com elevada velocidade de reação. A adição de cianeto a benzaldeído foi acompanhada por espectroscopia de emissão, onde foi possível detectar a formação dos intermediários envolvidos na reação catalítica e estabelecer o estudo cinético da reação

Orientador: Ronaldo Aloise Pilli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T04:04:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Robello_LuisGustavo_D.pdf: 7203530 bytes, checksum: a92a57231d7587b04ebb16da51b52419 (MD5) Previous issue date: 2006 / Doutorado / Quimica Organica / Doutor em Ciências

Este trabalho tem como objetivos projetar, construir e caracterizar experimentalmente metamateriais quirais bi-planares para faixa de micro-ondas com o objetivo de investigar a rotação de campo como transdutor em aplicações de biossensoriamento. As estruturas metamateriais estudadas foram primeiramente modeladas e caracterizadas com o uso de aplicativos computacionais comerciais baseadas no método dos elementos finitos, onde os parâmetros geométricos das estruturas foram definidos para operarem na faixa de 8GHz a 12GHz. A partir dos projetos das estruturas simuladas, os metamateriais foram construídos e caracterizados experimentalmente. No estágio de fabricação, foi desenvolvida uma técnica inédita de confecção de metamateriais em placas de circuito impresso flexível. Esta técnica, baseada no processo tradicional de fabricação de placas de circuito impresso, utiliza uma combinação de filmes finos de alumínio e folhas plásticas adesivas flexíveis formando, assim, uma folha metalizada fina e flexível. Além de ser tão eficiente quanto o método convencional, a abordagem proposta utiliza materiais de baixo custo, podendo ser adaptada a outros substratos de qualquer material, formato e espessura. Também foram projetadas e construídas placas de metamateriais com geometrias similares via método tradicional (FR4 e cobre) com o objetivo de validar os procedimentos propostos neste trabalho. A caracterização experimental dos metamateriais quirais foi realizada, por meio de antenas cornetas e analisador de redes. As propriedades efetivas do meio (quiralidade, ângulo de azimute, elipticidade, e índice de refração) foram obtidas a partir dos parâmetros-S do material, por meio de um método de extração de parâmetros. Como esperado, os resultados experimentais tiveram boa concordância com os obtidos numericamente. Por fim, foi proposta uma aplicação de metamaterial quiral utilizando suas características de rotação de campo como transdutor para a medida de glicose em amostras aquosas. No experimento proposto, o ângulo de azimute de uma onda plana polarizada que atravessa o material foi obtido numericamente e sua rotação de campo foi diretamente correlacionada com a concentração de glicose. Os resultados indicaram uma elevada sensibilidade mesmo para baixas concentrações de glicose, demonstrando que a rotação de campo pode realmente ser utilizada para este propósito. / This work focus on the design, fabrication and experimental characterization of bi-planar chiral metamaterials in the microwave frequency range aiming at investigating field rotation as a possible transductor for biosensig applications. First, the metamaterial structures were simulated with commercial-based finite element methods, where the structures geometric parameters were defined to operate in the range of 8-12 GHz. Next, the metamaterials were fabricated and characterized experimentally. We have also developed a new technique for making metamaterials on flexible printed circuit boards. This proposed technique, based on traditional processes of printed circuit boards fabrication, utilizes combination of thin aluminum films and adhesive flexible plastic foils, thus forming a thin, flexible metallic foil. In addition to being as efficient as the conventional method, the proposed approach utilizes low cost materials with low insertion loss that can be adapted to substrates of any material, shape and thickness. We have also designed and fabricated metamaterials with similar geometries via the traditional circuit board method (FR4 and copper) in order to validate the procedures proposed in this work. The experimental characterization of the chiral metamaterials was carried out with antenna horns and a network analyzer. The effective medium parameters (chirality, azimuth angle, ellipticity, and refractive index) were then obtained from the Sparameters of the material via a parameter extraction method. The experimental results were in good agreement with those obtained numerically. Finally, we proposed a new chiral metamaterial application using its field rotation characteristics as a transductor for measuring glucose concentration in aqueous solutions. In the proposed experiment, the azimuth angle of a polarized plane wave propagating through the material was numerically calculeted and its polarization field rotation was directly correlated with the glucose concentration. The results indicated a very high sensitivity even for very low glucose concentrations, indicating that field rotation can indeed be used for this purpose.

In recent years a new class of materials, the metamaterials, has emerged in the scientific community. The use of these materials makes possible to achieve unique electromagnetic properties, such as the negative refractive index. Today there exist several applications that take advantage of these special properties, such as sensors, antennas and invisibility cloaks, aiming at improving their intrinsic characteristics. Based on these considerations, this project aims at developing metamaterials structures to control the radiation properties of antennas in the microwave range, such as gain and directivity. More specifically, it was also chosen chiral metamaterials, mainly due to the phenomenon of electromagnetic field rotation which opens the possibility to control efficiently the radiation properties of antennas. In addition, chiral metamaterials, which have proved to be a more attractive alternative to obtain negative or zero refractive index, enable a greater degree of freedom in the design of different structures. This work encompasses all different phases of the structure design, namely: project, computational modeling, fabrication, and characterization of the proposed structures. We show improvements for the gain that in some cases reaches more than the double of the conventional monopole antenna gain and for the return loss parameter, which reaches minimum values. We also could maintain good efficiency and improve the input impedance matching. Finally, it is worth mentioning that this new technology also has the great potential to be applied in the telecommunication devices, particularly to improve communications based on antennas. / Nos últimos anos uma nova classe de materiais, os metamateriais, emergiu na comunidade científica. O uso desses materiais torna possível alcançar propriedades eletromagnéticas singulares, como o índice de refração negativo. Hoje existem vastas aplicações que usufruem destas propriedades especiais, como os sensores, mantas de invisibilidade e antenas, onde se procura o aperfeiçoamento de suas características intrínsecas. Com base nestas considerações, este projeto buscou desenvolver estruturas metamateriais para controle das propriedades de radiação de antenas na faixa de micro-ondas, tais como diretividade e ganho. Mais especificamente, foram utilizados os metamateriais quirais, principalmente devido ao fenômeno de rotação do campo eletromagnético que abre a possibilidade de controle mais eficiente das propriedades de radiação de antenas. Além disso, os metamateriais quirais, por se mostrarem uma alternativa mais atraente para se obter meios com índice de refração zero ou negativo, possibilitam um maior grau de liberdade no projeto de diferentes estruturas. Este trabalho contempla, ainda, todas as etapas de projeto de tais estruturas, quais sejam: projeto, modelagem computacional, fabricação, e caracterização das estruturas. Mostramos melhorias para o ganho que, em alguns casos, chega a mais do que o dobro do ganho da antena monopolo convencional e para o parâmetro de perda de retorno, que atinge valores mínimos. Nós também mantivemos uma boa eficiência e melhoramos o casamento de impedância de entrada. Finalmente, vale salientar que essa nova tecnologia também apresenta grande potencial de ser aplicada em dispositivos de telecomunicações, com o intuito de aprimorar a comunicação baseada em antenas.

A maioria dos agentes terapêuticos, freqüentemente prescritos, são formulados e comercializados sob a forma racêmica, embora para alguns deles, já tenha sido demonstrado que os efeitos farmacológicos e/ou tóxicos estejam relacionados apenas a um dos enantiômeros. Além disso, é conhecido o fato de que os enantiômeros podem apresentar perfis farmacocinéticos e farmacodinâmicos diferentes. Neste trabalho foram selecionados fármacos que fazem parte de dois grupos importantes no uso clínico. São fármacos freqüentemente prescritos, como os β-bloqueadores (atenolol, metoprolol, pindolol, betaxolol e nadolol) e os antiinflamatórios não-esteróides (ibuprofeno e flurbiprofeno ). Existem na literatura científica várias citações que descrevem o uso da cromatografia líquida de alta eficiência com fases estacionárias quirais (CLAE-FEQ) em estudos farmacológicos, mas não na análise quantitativa dos enantiômeros em preparações farmacêuticas. É conhecido o fato de que o método CLAE-FEQs oferece vantagens sobre as técnicas clássicas de separação e análise de estereoisômeros, especialmente para os enantiômeros. As separações enantioméricas diretas do atenolol, metoprolol, nadolol e betaxolol foram obtidas utilizando-se FEQ Chiralcel OD®. Os enantiômeros do pindolol foram separados com FEQ α-Burke 2® e os do ibuprofeno e do flurbiprofeno com FEQ do tipo WheIk-O 1®. Neste trabalho são apresentados métodos rápidos e sensíveis para determinação estereoespecífica do atenolol (AT), do metoprolol (MT) e do flurbiprofeno (FLU) em formulações farmacêuticas. A determinação quantitativa dos enantiômeros do atenolol e do metoprolol nos comprimidos foi realizada através de método cromatográfico validado. As condições analíticas foram padronizadas através do sistema de cromatografia líquida de alta eficiência, usando coluna do tipo carbamato de celulose tris-3,5-dimetilfenil, Chiralcel OD®, (250x4.6 mm, 10µm) como FEQ. As amostras foram cromatografadas à temperatura ambiente, com um volume de injeção de 20µ L. A detecção foi efetuada em 276 nm. Para o atenolol a fase móvel foi constituída de hexano:etanol:dietilamina:ácido acético (60:40:0,2:0,2 v/v/v/v), com vazão de 1,0 rnL/min. As curvas padrões do R-AT e do S-AT apresentaram boa linearidade entre 50,0-130,0µg/rnL, com coeficiente de correlação de 0,9991 e 0,9980 respectivamente. As amostras comerciais A, B, C e D referentes a R-AT analisadas, apresentaram coeficiente de variação e percentual de recuperação de 1,15% e 101,06%; 0,74% e 99,25%; 1,05% e 102,57%; 0,84% e 101,57% respectivamente, já o coeficiente de variação e percentual de recuperação do S- AT nas amostras A, B, C e D foram 1,33% e 98,87%; 0,99% e 100,76%; 1,17% e 101,69%; 1,26% e 100,39%, respectivamente. Para o metoprolol a fase móvel foi constituída de hexano:etanol:dietilamina:ácido acético (40:60:0,2:0,2 v/v/v/v), com vazão de 0,8 rnL/min. As curvas padrões do R-MT e do S-MT apresentaram boa linearidade entre 30,0-110,0µg/rnL, com coeficiente de correlação de 0,9988 e 0,9990 respectivamente. A amostra comercial analisada, apresentou coeficiente de variação e percentual de recuperação de 0,86% e 98,62% para R-MT e de 1,40% e 99,39% para S-MT. Um método cromatográfico foi desenvolvido e validado para separação e quantificação enantiomérica do FLU na forma farmacêutica. As condições analíticas foram padronizadas através do sistema de cromatografia líquida de alta eficiência, usando coluna do tipo Whelk-O 1® (250x4,6 mm, 5,0 µm) como FEQ. As amostras foram cromatografadas à temperatura ambiente, com um volume de injeção de 20µ L. A detecção foi efetuada em 246 nm. A fase móvel foi constituída de hexano:etanol:ácido acético (95:05:0,2 v/v/v), com vazão de 0,9 rnL/min. A curva padrão do S-FLU apresentou boa linearidade entre 2,0-18,0 µg/mL, com coeficiente de correlação de 0,9993. A amostra comercial analisada apresentou coeficiente de variação e percentual de recuperação de 0,16% e 100,1% para R_FLU e 0,14% e 100,4% para S-FLU, respectivamente. Os métodos propostos permitam a separação quantitativa dos enantiômeros de AT, MT e FLU contidos nas formas farmacêuticas analisadas, com precisão e exatidão e que podem ser aplicados no controle de qualidade enantiomérico destes fármacos. / The majority of the therapeutic agents, frequently prescribed, are formulated and commercialized as racemic mixture, even so for some of them, it has been demonstrated that the pharmacological and/or toxic effect are confined only to one of the enantiomer. Besides, it is well known that the enantiomers can present different pharmacokinetic and pharmacodynamic profiles. In the present work we selected drugs belonging to two classes of clínical importance. These pharmaceuticals are widely prescribed in clinical practice such as, the beta-blockers (atenolol, metoprolol, pindoloI, betaxolol and nadolol) and the non-steroid anti-inflammatorydrugs (ibuprofen and flurbiprofen). Several references could be found in scientific literature that describes the use of high performance liquid chromatography with chiral stationary phase (HPLC-CSP) in pharmacological studies, seldom in the quantitative determination of enantiomers in pharmaceutical formulations. It is well known that the HPLC-CSP methods offer distinct advantages over classical techniques of isomeric separation and analysis, especially for the enantiomeric separation. The direct enantiomeric separation of atenolol metoprolol nadolol and betaxolol were obtained using CSP Chiralcel OD®.The enantiomers of pindolol were separate utilizing CSP α-Burke 2® and those of ibuprofen and the flurbiprofen with CSP Whelk-O 1®. In this work are presented efficient and sensitive methods for stereospecific determination of atenolol (AT), metoprolol (MT) and flurbiprofen (FLU) in pharmaceutical formulations. The stereoselective determination of atenolol and metoprolol in pharmaceuticals was performed through validated chromatographic method. The validation of liquid chromatographic methods was done utilizing a cellulose tris- 3,5-dimethylphenyl carbamate, Chiralcel OD®, (250x4.6 mm, 10µm)as CSP. The samples were analyzed at room temperature with injection volume of 20µL and UV detection was made at 276nm. In case of atenolol, the mobile phase was constituted of hexane:ethanol:diethylamine:acetic acid (60:40:0.2:0.2 v/v), with a flow rate of 1.0 mL/min. Separate standard curve for R-AT and S-AT showed good linearity over a concentration range from 50-130 µg/mL, with coefficient of correlation of 0.9991 and 0.998, respectively. The coefficient of variation and average recovery for R-AT in the samples A, B, C, and D were 1.15% and 101.06%; 0.74% and 99.25%; 1.05% and 102.57%; 0.84% and 101.57% respectively. The coefficient of variation and average recovery for S-AT in samples A, B, C and D were 1.33% and 98.87%; 0.99% and 100.76%; 1.17% and 101.69%; 1.26% and 100.39%, respectively. In case of metoprolol, the mobile phase was constituted of hexane:ethanol:diethylamine:acetic acid (40:60:0.2:0.2 v/v), with a flow rate of 0.8 m L/min. Separate standard curve for R-MT and S-MT showed good linearity over a concentration range fIom 30-110 µg/mL, with coefficient of correlation of 0.9988 and 0.9990, respectively. The coefficient of variation and average recovery for R-MT in sample analyzed was 0.86% and 98.62% and for S-MT was 1.40% and 99.39%, respectively. A high performance liquid chromatographic method is developed and validated for enantiomeric separation and quantitative determination of FLU in pharmaceutical preparation. A WheIk-O 1® column (250x4.6 mm, 5µm)was used as chiral stationary phase (CSP). The mobile phase was constituted of hexane:ethanol:acetic acid (95:05:0.2 v/v/v), at a flow rate of 0.9 rnL/min and UV detection at 246nm. All experiments were done at ambient temperature. The S-FLU standard curve showed linearity over a concentration range from 2-18µg/mL, (R2 = 0.9993). The coefficient of variation and average recovery of R-FLU were 0.16% and 100.13% and for S-FLU were 0.14% and 100.4%; respectively. The proposed methods permits quantitative separation of AT, MT and FLU enantiomers in pharmaceutical formulations studied with precision and accuracy. The proposed validated methods can be used in the enantiomeric quality controI of referred pharmaceutical drugs.

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2017-02-15T15:54:32Z No. of bitstreams: 1 Zenaide Severina do Monte.pdf: 2760660 bytes, checksum: c07a4369e12f4af72ee82c783db1000c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T15:54:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zenaide Severina do Monte.pdf: 2760660 bytes, checksum: c07a4369e12f4af72ee82c783db1000c (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / This paper describes the qualitative and quantitative analysis by circular dichroism (CD) of paroxetine hydrochloride and qualitative analysis of biperiden hydrochloride. It was developed the method a simple, rapid, which uses the differential absorption of circularly polarized light right and left environment for the qualification and quantification of raw materials the drugs mentioned above using the technique by circular dichroism. The method developed followed the criteria of rules and recommended by ANVISA and ICH. The paroxetine hydrochloride and biperiden hydrochloride are chiral drug that can be used for the treatment of depression and Parkinson's, respectively. Paroxetine (PRX), a chiral drug, has two stereogenic carbon atoms in its chemical structure. The PRX, was dissolved in ultrapure water concentration 5,47.10-4 molL-1 DC analysis. Their spectrum showed an intense negative Cotton effect in mdeg - 37.4653. The standard curve the solution of reference a correlation coefficient of 0.9907 for the concentration range of the 0,91.10-4/ 5,47.10-4 molL-1. The limits of detection and quantification were 0,197.10-4 and 0,656.10-4 molL-1, respectively. The repeatability and precision intermediate had variance of 1.32. The results showed good accuracy for interval of 95%. The study showed that the recovery of the extraction method of PRX the drug was effective. The method is robust and the samples were stable to temperature variations. The method was selective for quantification of the drug by evaluating the interference of the excipients. Analyses with biperiden, a substance which has four chiral centers, were performed with the secondary standard BPR and the drug by the DC of molar concentrations 3,21.10-3 and 3,21.10-4 respectively. The samples had EC negative as well as the primary standard USP BPR. The spectrum obtained by theoretical calculation showed a positive Cotton effect of the enantiomers of BPR. These results indicate that one of the enantiomers can BPR is in excess or that the substance is pure or impurities which are chiral. / O presente trabalho descreve a análise qualitativa e quantitativa por dicroísmo circular (DC) do cloridrato de paroxetina e a análise qualitativa do cloridrato de biperideno. Foi desenvolvido um método simples, rápida, que faz uso da absorção diferenciada da luz circularmente polarizada a direita e a esqueda para a qualificação e quantificação da matéria-prima e os fármacos citados anteriormente empregando a técnica por dicroísmo circular. O desenvolvimento do método seguiu os critérios das normas vigentes e recomendadas pela ANVISA e ICH. O cloridrato de paroxetina e o cloridrato de biperideno são drogas quirais, que pode ser utilizadas para o tratamento da depressão e de parkinson, respectivamente. A paroxetina (PRX), um fármaco quiral, apresenta dois carbonos estereogênicos em sua estrutura química. A PRX, foi dissolvida em água ultrapura a concentração de 5,47.10-4 molL-1 para análise em DC. O seu espectro apresentou um Efeito Cotton intenso e negativo em -37,4653 mdeg. A curva da solução de referência apresentou um coeficiente de correlação de 0,9907 para o intervalo de concentração de 0,91.10-4 a 5,47.10-4 molL-1. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,197.10-4 e de 0,656.10-4 molL-1, respectivamente. A repetitividade e precisão intermediária apresentaram variancia média 1,32. A exatidão apresentou resultados bons para o intervalo de confiança de 95%. O método foi seletivo para quantificação do fármaco avaliando a interferência dos excipientes. As análises com o biperideno, uma substância que tem quatro centros quirais, foram realizadas com o padrão secundário BPR e com o fármaco por DC nas concentrações molares de 3,21.10-3 e de 3,21.10-4 respectivamente. As amostras apresentaram EC negativos, assim como no BPR padrão primário da USP. O espectro obtido por cálculo teórico apresentou um Efeito Cotton positivo para um dos enantiômeros do BPR. Esses resultados indicam que um dos enantiômeros do BPR pode está em excesso ou que a substância está pura ou ainda que existem impurezas quirais.