A técnica de espectroscopia por Ressonância Magnética Nuclear (NMR) de alta resolução foi utilizada para estudos estruturais em duas biomoléculas: a proteína HPr da bactéria Staphylococcus aureus, e o peptídeo C da insulina humana. Ambas estão relacionadas com a regulação da absorção de glicose pelas células, no primeiro caso em procariontes, e no segundo em organismos superiores. A proteína HPr (\"Histidine-containing protein\") de Staphylococcus aureus é uma das componentes centrais do sistema PTS (fosfoenolpiruvato:açúcar-fosfotransferase) de translocação grupal, responsável pelo transporte ativo de açúcar para o interior da célula bacterial. Nesse processo, a His15 do sítio ativo de HPr é fosforilada pela enzima EI, transferindo, a seguir, o grupo fosfato para a enzima EUA A mutação His15&#8594Ala interrompe a transferência do grupo fosfato; apesar disso, a afinidade entre HPr(H15A) e as enzimas EI/EIlA se mostrou semelhante à da nativa. Utilizando técnicas de NMR bidimensionais (COSY, TOCSY, NOESY, HSQC) etridimensionais (HNCA, HNCO, NOESY-HSQC) foi determinada a estrutura da mutante His15&#8594Ala de HPr de S. aureus. Sua estrutura consiste de um sanduíche-aberto, composto de 3 hélices-a paralelamente empacotadas contra uma folha formada por 4 fitas-&#946 anti-paralelas. Esse padrão é encontrado em todas as proteínas HPr já determinadas em diversas espécies, divergindo, porém, significativamente da estrutura previamente publicada para a proteína nativa de S. aureus com relação à orientação relativa de alguns elementos de estrutura secundária. Através de uma análise detalhada dos espectros NOESY das proteínas HPr mutante e nativa puderam ser encontradas diferenças conformacionais na região em tomo do sítio-ativo. Uma comparação com as outras estruturas de HPr já publicadas revelou uma maior semelhança entre a proteína mutante de S. aureus e a proteína no complexo HPr/EI de E. coli, fornecendo evidências de que a estrutura encontrada para a mutante represente a conformação assumida pela proteína HPr no momento de sua interação com a enzima EI, assim explicando a sua afinidade inalterada. O peptídeo-C da proinsulina é importante para a biosíntese da insulina, tendo sido considerado, por muito tempo, biologicamente inerte. Estudos recentes em pacientes diabéticos retomaram a discussão quanto a sua possível atividade reguladora. Utilizando a técnica de espectroscopia de NMR bidimensional (COSY, TOCSY, NOESY), foram realizados estudos estruturais no peptídeo-C da proinsulina humana. Quando dissolvido em 50%/50% água e TFE, o peptídeo-C apresentou 3 regiões centrais (9-12, 15-18, 22-25) com tendência à formação de dobras, uma região N-terminal (2-5) com 2 conformações em voltas-&#946 tipo I e I, e uma região Cterminal (26-31), de conformação extremamente bem definida, incluindo uma volta-&#946 tipo III\' (27-30). Em estudos descritos na literatura já foi demonstrada a atividade do pentapeptídeo C-terminal (EGSLQ), na forma de interações quirais com um receptor ainda desconhecido. Estudos anteriores por NMR prevêem a existência de uma estrutura na região C-terminal, a qual foi denominada de \"CA-Knuckle\". Nossa proposta é que a estrutura aqui obtida para o pentapeptídeo C-terminal seja justamente o \"CA-Knuckle\", representando o sítio-ativo do peptídeo-C da proinsulina humana. / High resolution Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy has been used for structural studies on two biological macromolecules; the HPr protein from the bacterium Staphylococcus aureus, and the Cpeptide from human proinsulin. Both are related to the regulation of glucose absorption by celIs, the former case in prokaryotes and the latter in higher organisms. The HPr protein (Histidine Containing Protein) from S. aureus is one of the central components of the PTS (Phosphoenolpyruvate;sugar-phosphotransferase) system responsible for the active transport of sugars into the bacterial celI. During this process, His15 of the HPr active site is phosphorylated by enzyme I (EI), and then subsequently transfers this phosphate onto enzyme lIA (EIIA). The His15&#8594Ala mutant of HPr, whilst unable to participate in phosphate transfer, nevertheless retains similar affinities for both EI and EIIA. Using two-dimensional (COSY, TOCSY, NOESY, HSQC) and three-dimensional (HNCA, HNCO, NOESY-HSQC) NMR techniques, the structure of the His15Ala mutant of the HPr protein from S. aureus was determined. Its structure consists of an open &#946-sandwich, composed of three &#945-helices packed against a four-stranded anti-parallel &#946-sheet. This pattern has been seen in all other HPr proteins from other species so far determined but is markedly different from the previously published native structure from S. aureus with respect to the relative orientations of some of the elements of secondary structure. A detailed comparison of the native and mutant structures revealed differences in the conformation of the active site loop. The latter assumes a conformation similar to that seen in the structure of the complex between E. coli HPr and EI. This may explain the normal affinities of the mutant protein for EI and EIIA despite the absence of the active site histidine. The C-peptide of proinsulin is important for the biosynthesis of insulin but has been considered for a long time to be biologically inert. Recent studies in diabetic patients have stimulated a new debate concerning its possible regulatory role. Structural studies of the C-peptide were performed using two dimensional NMR spectroscopy (COSY, TOCSY and NOESY). ln the presence of 50% TFE three central regions of the molecule (residues 9-12, 15-18 and 22-25) showed tendencies to form ~-bends. The N terminal region (residues 2 to 5) was present in the form of either a type I or I\' &#946-turn, whilst the C terminal region (26-31) presented the most welI-defrnedstructure of the whole molecule which included a type III\' &#946-turn. The C-terminal pentapeptide (EGSLQ) has been described in the literature as being responsible for chiral interactions with an as yet uncharacterized receptor. Previous NMR studies have predicted the existence of a well-defined structure at the C-terminus of the C-peptide, kwown as the CAknuckle. We propose that the structure described here for the C-terminal pentapeptide is the CA-knuckle and represents the active site of the C-peptide of human proinsulin.

A medida de tempo de relaxação longitudinal (T1) e transversal (T2) de ressonância magnética nuclear (RMN) é muito utilizada para análise de meios porosos na área do petróleo. Esses tempos de relaxação estão relacionados com tamanho dos poros. As cerâmicas, dependendo da sua temperatura de sinterização, apresentam uma porosidade intrínseca, mas cerâmicas especiais para processo de filtragem e escafoldes de implantes ósseos necessitam de poros maiores e de permeabilidade para suas aplicações. Esse objetivo é alcançado introduzindo um agente porogênico, um material degradável com a temperatura, obtendo assim poros induzidos além dos intrínsecos. O agente porogênico escolhido para este trabalho foi cristais de sacarose, os tamanhos dos poros são controláveis pelo tamanho dos cristais e pela quantidade, tornado esse um meio factível nos estudos de RMN através dos tempos de relaxação. Foram selecionadas, através de peneiras, duas faixas de tamanhos de cristais de sacarose: G (grande) com limite superior de 600μm e inferior de 300μm e P (pequeno) com tamanhos na faixa de 38μm a 150μm. A cerâmica preparada com P apresentou distribuição de tamanho de poros (de 15 à 105μm) com mediana em 40μm, menor que a fabricada com G (de 20 à 125μm), media em 100μm. Distribuições de tamanho de poros com mediana intermediária foram obtidas pelas misturas de P e G na fabricação. Foram preparadas seis cerâmicas para os estudos: pura (sem adição de agente porogênico), 100% com G, 100% com P, mistura de 50% P e 50% G, mistura de 75% P e 25% G e mistura de 25% P e 75% G. As cerâmicas foram saturadas com água por um sistema de vácuo e através da sequência CPMG obtiveram-se os decaimentos multiexponenciais da relaxação transversal para os núcleos de ¹H de moléculas de água confinadas nos poros das cerâmicas. E assim, determinaram-se as distribuições de tempo de relaxação T2. A cerâmica pura apresentou apenas um pico para T2 em 0,053s, assim como obtido por Borgia e colaboradores em outros estudos, e comparando com resultados de porosimetria por intrusão de mercúrio (PIM), determinou-se o coeficiente de relaxatividade superficial de 3,7μm.s-1, valor próximo ao tabelado para a alumina (3μm.s-1) dando confiabilidade aos equipamentos utilizados. As cerâmicas preparadas com agente porogênico apresentaram dois picos na distribuição de T2 com o primeiro localizado na mesma região de tempo que corresponde à porosidade intrínseca (0,053s) e o segundo pico, referente à porosidade induzida, deslocando-se começando com a 100P com o menor tempo T2 (0,38s) e aumentando conforme o aumento da porcentagem de grânulo G (1,02s para 100G) de acordo com era esperado. A parti das imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV), obteve-se as distribuições de tamanho de poros induzidos e, novamente, determinou-se o coeficiente de relaxatividade, 12μm.s-1, valor maior comparado com o anterior devida as impurezas e resíduos da queima dos cristais de sacarose deixado na superfície do poro. Por fim, concluiu-se então que a RMN foi capaz de fazer a análise das cerâmicas de alumina observando poros intrínsecos da ordem de 0,1μm e poros induzidos com tamanho de dezenas a centenas de micrometros. Foram reunidos os resultados necessários para compreender como são formados os poros a partir do agente porogênico podendo fabricar cerâmicas com distribuições de tamanhos de poros conforme desejado. / The measurement of longitudinal (T1) and transversal (T2) nuclear relaxation times is an important method for the analysis of porous media, much used in the petroleum industry. It is possible through this technique the determination of the porosity and pore size distribution of the media. Ceramic materials already have an intrinsic porosity dependent on its sinterization temperature, but some applications such as filtering or scaffolding in bone regeneration demand for a larger porosity and permeability. To achieve this goal, a porogenic agent is introduced in the ceramics production process which is degradable in high temperatures, producing a ceramic with both induced and intrinsic porosity. The porogenic agent chosen for this project were saccharose crystals and the pores size is controlled by the crystals size and by the quantity added in the production process. Two ranges of the saccharose crystals diameters were selected using different sieves: G size, raging from 300μm to 600μm and P size ranging from 38μm to 150μm. The P size ceramic presented pore size distribution ranging from 15 to 105μm, with median in 40μm, smaller than the median found for the ceramic produced with G size saccharose crystals (100μm), for which the porosity ranged from 20 to 125μm. Pore size distribution with median between the results found in P and G ceramics were acquired by using a mixture of P and G saccharose crystals sizes in the ceramic fabrication. Six samples were prepared for this study: pure (with no addition of porogenic agent), 100% G size, 100% P size; mixtures of 50% P and 50% G sizes, 75% P and 25% G sizes, and finally 25% P and 75% G sizes. All samples were saturated with water in a vacuum bomb, and, using the CPMG pulse sequence, the multiexponencial decay of the transverse relaxation time was obtained for the ¹H nuclei of the water molecules confined in the ceramic pores. Through this measurement, the distribution of T2 of the sample was determined. The curve for the pure ceramic presented only one peak at 0,053s, the same result obtained by Borgia at al. in other studies. Comparing this result with the porosity determined by mercury intrusion porosimetry, it was possible to determine the surface relaxation coefficient (3,7μm.s-1), with a good proximity to the value found in literature for alumina (3μm.s-1), showing that the equipment used for the measurements is reliable. The ceramic fabricated with the porogenic agent presented two peaks in the T2 time distribution, with the first peak coincident with the T2 value found for the intrinsic porosity (0,053s) and the second peak, which represents the induced porosity, varying to each ceramic sample, with the 100 % P ceramic presenting the peak with the smallest T2 (0,38s) and moving to higher T2 values as the percentage of G size saccharose crystals in the ceramic increases, (1,02s for the sample with 100% G), as it was expected. Through images from scanning electron microscopy, an assessment of the pore size distribution was made and the surface relaxation coefficient recalculated, arriving at a higher value than the one found for the pure ceramic (12μm.s-1), which shows that residues of the saccharose crystals are left in the pores surface in the burning process. In conclusion, the NMR technique proved capable to characterize the ceramic materials, allowing the observation of both the intrinsic (of magnetude 0,1μm) and the artificial induced porosity (varying from tens to hundreds of micrometers) of the alumina ceramics. The union of all the results of this project encloses the knowledge necessary to comprehend how the pores are formed by the action of the porogenic agent, making it possible to develop a manufacture process of ceramics with controlled pores sizes.

Les verres de phosphates à faible Tg et forte stabilité thermique sont étudié dans le système (66-x)ZnO- xNa2O-33.4 P2O5. Les mesures DSC ont montré un écart Tx-Tg de 197 °C et une Tg de 339 °C pour x= 20. La RMN 31P 1D/2D révèle la diminution du désordre due à la substitution progressive de Zn par Na. Les formulations x=20 et x=33 ont été dopé par de l’Al2O3, B2O3 et SiO2 (1-4 % mol.) et ses effets sur les propriétés physiques comme la température de transition vitreuse, la stabilité thermique et la durabilité chimique ont été investiguées. La DRX et la RMN 31P ont été réalisés pour suivre le processus de cristallisation en isotherme à 130°C (au-delà de la Tg). La plus forte stabilité thermique a été identifiée pour les verres dopés au bore. Le Raman et la RMN 31P ont mis en évidence l’existence de connections P-O-X (X=27Al ou 11B). La RMN a entre autre montré la coordinence majoritaire VI, IV et IV respectivement pour l’aluminium, le bore et la silice. L’utilisation de D-INEPT, REDOR et DQ-SQ permet d’approfondir nos connaissances sur la structure particulièrement sur les connectivités P-O-X mais également la diversité des connections possibles. / Pyrophosphate glass with low Tg and high stability is investigated within the (66-x) ZnO- xNa2O-33.4 P2O5 system. DSC measurement indicated Tx-Tg=197 °C with Tg = 339 °C at x= 20. 1D/2D 31P NMR revealed the decrease in extent of disorder with the progressive substitution of Zn by Na. The x=20 and x=33 formulations were doped with (1-4 mol.%) of Al2O3, B2O3 and SiO2 and its effect on the physical properties such as the glass transition temperature, thermal stability and chemical durability is investigated. XRD and 1D 31P solid state NMR were used to monitor the isothermal crystallization process occurring at 130 °C above Tg and the highest thermal stability is presented by the B-doped glasses. Raman and 31P NMR suggested the existence of P-O-X (X=27Al or 11B) bonds. The MAS NMR distinguished the dominant coordination states of doping elements AlVI , BIV and SiIV respectively. The use of D-INEPT, REDOR and DQ-SQ helped in producing deeper insights onto the glass structure about the P-O-X connectivity, the wide range of phosphate speciation.

A Espectroscopia por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) tem oferecido inúmeras possibilidades de pesquisa nas áreas de Biologia e Medicina. Uma de sus principais aplicações é a Espectroscopia in vivo do 31P no estudo da fisiologia de músculos esqueléticos. A partir desta metodologia pode-se quantificar as concentrações dos diferentes metabólitos fosforados que participam do metabolismo energético dos músculos, bem como suas alterações em função de contrações musculares. Com o objetivo de implantar a técnica de Espectroscopia in vivo no Laboratório de RMN do IFSC/USP, introduzimos várias adaptações ao Espectrômetro de Alta Resolução em Sólidos já existentes, incluindo a confecção de sondas . A partir desta adaptação, estudamos as alterações metabólicas dos compostos fosforados presentes em músculos esqueléticos, bem como o pH intraceleular, de ratos e camundongos em função de estímulos elétricos e exercício físico intenso. / The Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy has been offering many possibilities of research in the areas of Biology and Medicine. One of the most important applications is the 31P in vivo Spectroscopy to study the skeletal muscle physiology. Using this methodology, it is possible to quantify different phosphorus metabolite concentrations that take part of the muscle energetic metabolism, as their variations as a function of muscle contraction. To accomplish the objective of developing the in vivo spectroscopy technique in the NMR laboratory of the IFSC/USP, many modifications to our Solid High Resolution Spectrometer were introduced and probes were constructed. Following these changes, we studied phosphorus compounds metabolic changes in the skeletal muscle and the intracellular pH of rats and mice as a function of electric stimulation and intensive running exercise.

O biodiesel vem sendo usado como uma alternativa ao diesel com vantagens ambientais. No entanto, existem duas questões que deverão difcultar a implantação deste combustível no Brasil: a não-sustentabilidade da produtividade desses vegetais, e a baixa qualidade dos óleos vegetais disponíveis, inviabilizando a utilização como combustível. Para atenuação destes problemas se faz necessário o melhoramento genético dos vegetais cultivados e seleção de plantas silvestres que podem possuir alta produtividade de óleo/ha/ano. Portanto, este trabalho teve como objetivo avaliar o uso da relaxometria por RMN em baixa resolução, através das técnicas CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill), que gera sinal dependente do tempo de relaxação T2 e CWFP (Continuous Wave Free Precession), que gera sinal dependente tanto de T2 quanto de T1. Os valores de T2 obtidos a partir dos dados de CPMG apresentaram alta correlação com a razão Mz/M0 (r= 0,93), T¤ (r= 0,94) e T2 calculado (r= 0,91), obtidos a partir dos dados CWFP, para as 31 amostras analisadas. T2 apresentou correlação inversa com a viscosidade do óleo e número de cetano, ambos com r ~ -0,63 e correlação direta com o índice de iodo (r= 0,64), quando foram retiradas as amostra de mamona e palmáceas, que possuem óleo diferente das outras sementes. Os dados obtidos a partir do sinal CWFP, T¤ e Mz/M0 também obtiveram correlação similar às observadas para T2. T2, T¤ e T2 calculado apresentaram alta correlação com o PC1, obtido pela análise de PCA e baixa correlação com PC2. T1 obteve boa correlação com PC2 dos dados CWFP. Com o acoplamento dessas metodologias não-destrutivas a um sistema de medidas on-line, essas medidas poderão ser obtidas rapidamente (cerca de 1 s por amostra) permitindo a análise de um grande número de amostras, necessárias para o desenvolvimento de sementes com óleo de alta qualidade. Este desenvolvimento é um dos gargalos para o uso de biodiesel em altas concentrações no diesel. / Biodiesel is a highly promising renewable energy source that has gained widespread acceptance in recent years as an environmentally friendly substitute for petroleum diesel oil fuel. However, there are two questions that should diffcult the use of this fuel in Brazil in high quantity: the low plant productivity and the low quality of available vegetable oils. To attenuate these problems is necessary the genetic improvement of cultivated plants and the selection of wild plants that may have high productivity of oil/ha/year and high quality oils. To help to accelerate the genetic selection of high quality oil we are developing fast and non-destructive low resolution NMR methods based on relaxometry. These methods uses CPMG pulse sequence (Carr-Purcell-Meiboom-Gill), which generates a decay signal dependent of relaxation time T2, and CWFP (Continuous Wave Free Precession), which generates a decay signal dependent of both (T1 and T2) relaxation times. The T2 values obtained through CPMG data shows high correlation to Mz/M0 ratio (r= 0,93), T¤ (r= 0,94) and T2 calculated through CWFP data (r= 0,91), for the 31 analyzed samples. T2 shows inverse correlation to the kinematic oil viscosity and cetane number, both with r ~ 0,63, and direct correlation to iodine value (r= 0,64), when excluded the castor bean and palm samples, which have different oil composition of others seeds. Data obtained through CWFP signal, T¤ and Mz/M0, also have correlation similar to observed for T2. T2, T¤ and Mz/M0 shows high correlation to PC1 and low correlation to PC2, both obtained through PCA analysis. T1 shows some correlation to CWFP PC2. With the coupling of these non-destructive methodologies to a high-throughput on-line measurement system (about 1 s per sample) it will be possible to analyze thousands of samples per hour, allowing the identification of seeds with high quality vegetable oil, necessary for the genetic selection of plants, which is necessary to speed up the Brazilian biodiesel program.

Nesta dissertação de mestrado se monitorou in situ e ex situ a corrosão de corpos de prova de cobre metálico por ressonância magnética nuclear no domínio do tempo (RMN-DT). A reação ocorreu em solução aquosa de HCl 1 mol L-1 fornecendo íons de cobre Cu2+ como produtos da corrosão. A corrosão foi monitorada com um espectrômetro RMN de bancada, através da correlação entre os tempos de relaxação transversal (T2) adquiridos por meio da sequência de pulso CPMG e a concentração de Cu2+ na solução. As reações foram estudadas usando como corpos de prova placas e cilindros de cobre, na presença e ausência de campo magnético e na presença e ausência de potencial elétrico aplicado. Esses experimentos foram realizados para estudar o efeito das forças magnéticas que podem afetar as reações. Os experimentos de RMN-DT-eletroquímica (RMN-DT-EQ) foram executados usando o corpo de prova em formato de placa de cobre como eletrodo de trabalho, fio espiral de platina como contra eletrodo e um eletrodo de referência de Ag/AgCl (KCl 3 mol L-1). Os experimentos sem potencial aplicado foram realizados usando-se somente os corpos de prova de cobre na solução de HCl. Os resultados mostraram que o campo magnético não alterou o efeito da corrosão quando se aplicou um potencial de 1V. No entanto a reação foi inibida na corrosão sem potencial elétrico aplicado. Esses resultados levaram a hipótese de que, na reação com potencial aplicado, a força de Lorentz foi minimizada pelas forças de gradiente de campo magnético e força de gradiente da concentração de espécies paramagnética. No caso da corrosão sem potencial elétrico aplicado, a hipótese para a inibição da corrosão foi que as forças de gradiente mantiveram os íons de cobre na interface corpo de prova/solução, o que dificultou a reação. O efeito do campo magnético sobre a superfície do cilindro de cobre ao final do processo de corrosão também foram analisados pelas técnicas de microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica enquanto que a solução resultante do processo de corrosão teve os valores da concentração de íons Cu2+ quantificados pelas espectroscopias de absorção no ultravioleta e visível e de absorção atômica com chama. / In this Masters dissertation the corrosion of metallic copper samples was monitored in situ and ex situ by time domain nuclear magnetic resonance (TD-NMR). The reaction was performed in an aqueous solution containing HCl (1 mol L-1), where Cu2+ ions were the corrosion products. A benchtop NMR spectrometer was used to monitor the reaction through the correlation between the transverse relaxation times (T2), acquired with the CPMG pulse sequence, and the concentration of Cu2+ in the solution. The reactions were studied using copper plaques and cylinders in the presence and absence of a magnetic field and in the presence and absence of an applied potential. These experiments were performed to study the effect of the magnetic forces which affect reactions with and without an applied potential. The coupling experiments between TD-NMR and electrochemistry (EC-NMR) were performed using a copper plaque as a working electrode, a platinum wire in a spiral shape as a counter electrode and a Ag/AgCl KCl 3 mol L-1 reference electrode. Experiments in which no potential was applied were performed by inserting the copper sample in an HCl aqueous solution. Results showed that the magnetic field didn’t alter the corrosion process when a 1V potential was applied but it did inhibit the corrosion of copper when no potential was applied. These results lead to the hypothesis that, in the reaction with an applied potential, the Lorentz force was minimized by the forces created by the magnetic field and the concentration gradient of the paramagnetic species (Cu2+). In the case of corrosion experiments without an applied potential a possibility is that the forces created by the concentration gradient force copper ions to stay on the interface copper/solution, which hinders the reaction. The effect of the magnetic field on the surface of the copper cylinder at the end of the corrosion process was also analysed by scanning electron microscopy and atomic force microscopy while the concentration of Cu2+ in the solution was measured by UV-vis spectroscopy and flame atomic absorption spectrometry.

Demonstrou-se nesta tese a potencialidade da ressonância magnética nuclear no domínio do tempo (RMN-DT) para medir a temperatura de sementes oleaginosas isoladas e inseridas em solos. Os métodos desenvolvidos baseiam-se na correlação entre o tempo de relaxação do óleo das sementes com a temperatura. As medidas com o tempo de relaxação transversal, T2, foram realizadas com a sequência Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) e as medidas de relaxação T*, com a sequência de pulsos Precessão Livre em Onda Contínua (CP-CWFP). Tanto o T2 quanto o T* apresentaram uma correlação exponencial crescente com a temperatura, utilizando espectrômetros de bancada. Com a medida do decaimento da temperatura de sementes e solos, previamente aquecidos a 70°C, em um banho térmico a 23°C, pode-se calcular a difusividade térmica de sementes e sementes em solos, obtendo valores similares aos obtidos com métodos padrões. Para ímãs com homogeneidade muito baixa, com gradientes de campo magnético maiores do que 1 T/m (ímãs de campos opostos, Unilateral e Halback) somente a sequência CPMG pode ser usada. A sequência CP-CWFP não gerou um sinal de onda contínua, necessário para a medida de T*. No ímã unilateral a correlação exponencial entre o decaimento do sinal CPMG e temperatura foi decrescente devido ao efeito da difusão molecular na refocalização dos ecos. Com isso a RMN unilateral, que detecta o sinal da amostra fora do sensor de RMN (ímã e sonda) tem potencial para análise da temperatura e difusividade térmica em campo. A grande vantagem da RMN sobre os métodos de termometria baseado em termômetros de mercúrio, termopares, termistores, etc., é que é um método que não precisa danificar as sementes para inserção do agente sensível à temperatura. Além disso, a RMN pode ser usada para medir a temperatura da semente, mesmo quando esta está sob uma camada de vários centímetros de solos, o que não ocorre com o sensor de Infravermelho, por exemplo. / The potential of time domain nuclear magnetic resonance (TD-NMR) to measure the temperature of isolated oilseeds and oilseeds inserted into soil was demonstrated in this thesis. The methods were based on the correlation between relaxation time of the oilseeds with temperature. The measurement with the transverse relaxation time, T2, was performed with the Carr - Purcell - Meiboom - Gill (CPMG) pulse sequence. The measurement of decay T*, was performed with the Continuous Wave Free Precession (CP- CWFP) pulse sequence. Both the T2 as T* showed an exponentially correlation with temperature using bench top spectrometers. With the measurement of the temperature decay of seeds and soils, previously heated to 70°C and placed in a bath at 23°C, was used to calculate the thermal diffusivity of seeds and seeds in soil. The results were similar to those obtained with standard methods. For the magnets with very low homogeneity, with strong magnetic field gradients 1 T/m (Opposite field, Unilateral and Halback magnets) only the CPMG pulse sequence could be used. The CP-CWFP sequence do not generated a continuous wave signal, necessary for the measurement of T*. The unilateral magnet shows an upward-sloping exponential curve between the decay of the CPMG signal and temperature due to the effect of molecular diffusion, in refocusing echoes. Therefore, the unilateral NMR, which detects the signal from the sample outside the NMR sensor (magnet and probe), has the potential to analyze the temperature and thermal diffusivity in the field. The big advantage of NMR over thermometry methods based on mercury thermometers, thermocouples, thermistors, etc., is that it is a method that does not need to damage the seeds for insertion of the sensor. In addition, NMR can be used to measure the seed temperature, even when it is under a layer of several centimeters of soil, which does not occur with the infrared sensor, for example.

Neste trabalho, é analisada a estrutura de materiais híbridos contendo poliânions de ácido 12-tungstofosfórico (H3PW12O40, HPW) inseridos em uma matriz de silicatos orgânico-inorgânica (ormosil). Estes materiais apresentam propriedade reversível de fotocromismo na faixa do UV (200-400nm), sendo cogitados como possíveis candidatos para aplicação como dosímetros pessoais UV. A metodologia sol-gel possibilita a obtenção destes compostos por vias relativamente simples e de baixo custo para a combinação dos componentes orgânicos e inorgânicos formadores da matriz ormosil. As propriedades do efeito fotocrômico, como intensidade e tempo de vida, ser alteradas variando-se a concentração e a natureza dos grupos presentes na matriz ormosil. Outras propriedades também podem ser ajustadas, como porosidade, adesão dos filmes, resistência mecânica, homogeneidade e transparência. No entanto uma correlação clara entre o processo de fotocromismo e a estrutura local ao redor do poliânion ainda não foi estabelecida. O objetivo geral da pesquisa é a caracterização estrutural e dinâmica destes compostos, a fim de se avançar no entendimento do processo fotocrômico e na otimização de métodos de preparação para o controle das propriedades fotocrômicas. Resultados preliminares mostram que o ambiente de coordenação do HPW nos ormosils é complexo, envolvendo diversas espécies de prótons, e os níveis de hidratação parecem desempenhar importante papel estrutural. Portanto, o objetivo específico deste trabalho é obter uma descrição da estrutura/dinâmica das espécies no ambiente de coordenação do poliânion, como espécies de hidratação e/ou grupos da matriz ormosil, e da interação entre estas espécies e o HPW. Para tal, foram utilizadas técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN) para analisar amostras de composição simplificada, como uma amostra modelo HPW n6H2O e xerogeis contendo tetraetilortosilicato (TEOS) e no máximo dois organosilanos na composição, dentro do conjunto: 3-aminopropiltrietóxisilano (APTS), butironitrilatrietoxisilano (BUT) e 3 glicidoxipropilltrimetóxisilano (GLYMO). Embora a estrutura do HPW n6H2O seja extensamente discutida na literatura, ainda existem questões estruturais a serem discutidas, para as quais as técnicas de RMN podem fornecer importante contribuição. Diferentes tratamentos térmicos sobre o HPW nH2O foram testados para a obtenção do HPW n6H2O, e os resultados de RMN mostram que o controle de atmosfera durante o processo de secagem é determinante para a estrutura final das espécies de hidratação. No caso dos xerogeis, diferentes atmosferas foram testadas durante o preparo, estudando-se o efeito desta variável sobre a estrutura das espécies no ambiente de coordenação do HPW. Adicionalmente, tratamentos térmicos para a secagem das amostras também foram realizados. Após a irradiação das amostras com luz UV é formado um centro paramagnético WV no poliânion, que foi estudado por ressonância paramagnética eletrônica (RPE). A técnica de 31P permitiu avaliar a estrutura no ambiente mais local da molécula de HPW. Utilizando técnicas de 1H RMN, polarização cruzada (CP) {1H}-31P, correlação heteronuclear (HETCOR) {1H}-31P, {1H}-29Si e {1H}-13C, e medidas de tempos de relaxação spin-rede de 1H no sistema rotante (T1&rho;), foi constatado que o ambiente de coordenação do HPW nos xerogeis é basicamente constituído de espécies de hidratação, como H2O, H3O+, H5O2+ e H+(H2O)n, e espécies OH, que provavelmente pertencem a grupos na matriz de ormosil. Os experimentos de RPE permitiram identificar a existência de uma processo termicamente ativado, em que o elétron excitado realiza saltos entre os diferentes sítios WO6. Dois tipos de centros paramagnéticos WO6, ambos com simetria ortorrômbica, foram resolvidos em 20K. Um deles pôde ser atribuído a sítios WO6 interagindo fortemente com H2O, com a elongação da ligação W=O em WO6. Este sítio é dominante para amostras mais hidratadas. Além deste, outro sítio é observado em amostras mais secas, atribuído a centros WO6 interagindo mais fracamente com os H no ambiente do HPW. Estes resultados mostram que as espécies de hidratação desempenham um importante papel no processo de fotocromismo. / The local structure of hybrid organic-inorganic (ormosils) materials based on 12-phosphotungstic acid (H3PW12O40, HPW) was analyzed. These materials have reversible photochromic response in the range of ultraviolet (200 - 400 nm), and may found application in personal UV dosimeters. These ormosils can be prepared in a simple way using the sol-gel method, allowing the possibility of film depositions. It is known that properties such as the intensity of the photochromic response and the life-time in this state can be controlled changing the organic functional groups in the silane precursors. Other general properties can be also adjusted with these organic functionalities, such as film adhesion, mechanical response, homogeneity and transparency. However, the relation between the photochromic response, the chemical species (including water molecules) around the polyanion, and the local structure is still an open problem. The objective of this work was to analyze the effect of the preparation conditions of the ormosils (composition, atmosphere and thermal treatments) on the chemical environment around the polyanion and their possible influence in the photochromic response. The analysis of the interaction between the polyanion and the chemical species in the ormosil network and hydration species was carried out using nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) in the solid-state for 1H, 31P, 13C, and 29Si. A set of simple photochromic ormosils were considered in this study, prepared with tetraethilorthosilicate (TEOS) and a maximum of two organosilane precursors from the set aminopropyltriethoxysilane (APTS), butyronitriletriethoxysilane (BUT) and 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GLYMO). Also, the HPW hexahydrate (HPW 6H2O) was analyzed as a model system to test the response of the NMR technique to the structural and dynamical process known in this crystal. The effects of thermal treatments and atmosphere in the preparation of the hexahydrate were analyzed. New information concerning the H dynamics and the thermal transformations observed in this system was gathered in this study. For the photochromic ormosils, preparations under three different atmospheres (uncontrolled ambient, N2 flow, and Ar glove-box) were carried out, as well thermal treatments to remove loosely bound water. Electronic paramagnetic resonance (EPR) experiments were carried out in UV-irradiated ormosils, were paramagnetic centers in WV, related with the photochromic process, were observed. The chemical environment around the polyanion was probed using the techniques of 1H-NMR, {1H}-31P cross-polarization, heteronuclear correlations {1H}-31P, {1H}-29Sie {1H}-13C, and the measurement of the proton spin-lattice relaxation in the rotating frame (T1&rho;). The results revealed the presence of close hydration species such as H2O, H3O+</sup), H5O2+ and H+(H2O)n, and OH groups from the ormosil network. No evidence of interaction between the polyanion and the organic functionalities was found. In the irradiated samples, the EPR experiments revealed a thermally activated hopping process for the excited unpaired electron between WO6 octahedra. Two kinds of paramagnetic sites at the WO6 octahedra, both with orthorrombic symmetry, were resolved at 20K. One of them corresponds to WO6 strongly interacting with water species, with an elongated W=O bond length. This site is dominant for higher hydrated samples. The other site corresponds to WO6 with a weak interaction with protons in the polyanion environment and is observed in higher amounts in less hydrated samples. These results show that the hydrate species in the polyanion coordination environment plays an important role in the photochromic process.

Neste trabalho analisou-se por ressonância magnética nuclear em baixa (RMN-BR) e em alta resolução (RMN-AR), compostos de coordenação contendo íons paramagnéticos em solução. Demonstrou-se que estas são importantes ferramentas para o estudo destas espécies em meio aquoso, visando aplicações tanto em química analítica quanto em química inorgânica e bioinorgânica. Os estudos iniciais foram realizados com o ligante EDTA (Y4-), clássico agente quelante, e seus complexos com os íons Cu2+, Fe3+ e Mn2+. Os resultados demonstraram que a RMN-BR (20 MHz para o 1H) torna-se uma eficiente alternativa à espectrofotometria, principalmente para o estudo de complexos que não absorvem radiação no visível, como por exemplo, o quelato [Mn-Y]2-. A relaxometria por RMN-BR também foi usada para estudar soluções de quitosana (Chi) e seus complexos com os mesmos íons paramagnéticos previamente abordados para o EDTA. Os resultados demonstraram a eficiência da relaxometria tanto para os estudos de agregação polimérica em função do pH quanto para os estudos de complexação.<a name=\"_Hlk488851348\"> Foram também abordados complexos de sorbitol com íons Cu2+ tanto por relaxometria quanto por RMN-AR (600 MHz para o 1H). Neste caso, os resultados apresentaram uma alta complementariedade, permitindo inferir tanto acerca da troca de ligantes em solução e do pH ótimo para a complexação, quanto do surgimento de espécies macromoleculares com baixos coeficientes de autodifusão (D &asymp; 1,58 x10-10 mm2.s-1) em meio alcalino (pH &asymp; 12). Além do mais, foram avaliados novos complexos de Gd3+ com relevância biológica (agentes de contrastes), derivados do ligante AAZTA (6-amino-6-metilperhidro-1,4-diazepina). Os resultados demonstraram que as relaxividades paramagnéticas (r1p) foram de 7,44 mM-1.s-1 e 9,41 mM-1.s-1 para os derivados funcionalizados lateralmente com os ácidos propanoico e pentanoico, respectivamente, em comparação ao ligante precursor, 7,10 mM-1.s-1. Os estudos relaxométricos in vitro mostraram que estes novos derivados são menos susceptíveis à transmetalação com íons endógenos (Zn2+ e Ca2+), quando comparado ao AAZTA, possibilitando projetar o seu uso como agentes de contraste em tomografia por ressonância magnética (MRI). Aplicações relaxométricas in vivo foram realizadas utilizando o derivado contendo o ácido pentanoico conjugado ao peptídeo FibPep, apto a se ligar à proteína fibrina (presente em células tumorais). Os resultados demonstraram uma alta habilidade deste complexo para o assinalamento precoce e inequívoco do câncer de próstata (linhagem tumoral PC-3) em camundongos. / Low-resolution (LR) and high-resolution (HR) nuclear magnetic resonance (NMR) was used in this work for study coordination compounds containing paramagnetic ions in solution. It was demonstrated that these spectroscopies are important tools for the study of these species in aqueous medium, aiming applications in both, analytical chemistry and inorganic and bioinorganic chemistry. The initial studies were conducted using the EDTA (Y4-) ligand, classical complexant, and its chelate with the paramagnetic ions, among them Cu2+, Fe3+ and Mn2+. The results demonstrated that LR-NMR (20 MHz to 1H) becomes an efficient alternative to spectrophotometry, mainly for the study of complexes that do not absorb visible radiation, such as [Mn-Y]2- chelate. The LR-NMR relaxometry was also used to study chitosan (Chi) solutions and their complexes with the same paramagnetic ions previously discussed for EDTA. The results demonstrated the efficiency of the relaxometry for studies involving complexation and polymer aggregation as a function of the pH. Complexes of sorbitol with cupric ions were also addressed by relaxometry and HR-NMR (600 MHz to 1H). In this case, the results showed a high complementarity, allowing to infer about the ligand exchange and the optimum pH for the complexation reaction occurs. Besides, this study showed the appearance of species with low auto diffusion coefficients (D &asymp; 1.58 x10-10 mm2.s-1) in alkaline mediums (pH &asymp; 12), as consequence of the macromolecular character of this complex in this environment. In addition, new biologically relevant Gd3+ complexes (contrast agents) derived from AAZTA (6-amino-6-methylperhydro-1,4-diazepine) ligand were evaluated. The results demonstrated that the paramagnetic relaxivities (r1p) were 7.44 mM-1.s-1 and 9.41 mM-1.s-1 for derivatives laterally functionalized with propanoic and pentanoic acids, respectively, in comparison to precursor ligand, 7.10 mM-1.s-1. In vitro relaxometric studies demonstrated that these new derivatives are less susceptible to transmetallation reactions towards to endogenous ions (Zn2+ and Ca2+), in comparison to AAZTA (precursor ligand), becoming possible to design their use as contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI) tomography applications. In vivo studies were conducted using the pentanoic acid derivative conjugated to FibPep peptide, able to bind to fibrin protein (present in tumor cells). The results for this study demonstrated a high ability of this complex for the early and unequivocal signaling for prostate cancer (PC-3 tumoral cell line) in mice.

Neste trabalho, é analisada a estrutura de materiais híbridos contendo poliânions de ácido 12-tungstofosfórico (H3PW12O40, HPW) inseridos em uma matriz de silicatos orgânico-inorgânica (ormosil). Estes materiais apresentam propriedade reversível de fotocromismo na faixa do UV (200-400nm), sendo cogitados como possíveis candidatos para aplicação como dosímetros pessoais UV. A metodologia sol-gel possibilita a obtenção destes compostos por vias relativamente simples e de baixo custo para a combinação dos componentes orgânicos e inorgânicos formadores da matriz ormosil. As propriedades do efeito fotocrômico, como intensidade e tempo de vida, ser alteradas variando-se a concentração e a natureza dos grupos presentes na matriz ormosil. Outras propriedades também podem ser ajustadas, como porosidade, adesão dos filmes, resistência mecânica, homogeneidade e transparência. No entanto uma correlação clara entre o processo de fotocromismo e a estrutura local ao redor do poliânion ainda não foi estabelecida. O objetivo geral da pesquisa é a caracterização estrutural e dinâmica destes compostos, a fim de se avançar no entendimento do processo fotocrômico e na otimização de métodos de preparação para o controle das propriedades fotocrômicas. Resultados preliminares mostram que o ambiente de coordenação do HPW nos ormosils é complexo, envolvendo diversas espécies de prótons, e os níveis de hidratação parecem desempenhar importante papel estrutural. Portanto, o objetivo específico deste trabalho é obter uma descrição da estrutura/dinâmica das espécies no ambiente de coordenação do poliânion, como espécies de hidratação e/ou grupos da matriz ormosil, e da interação entre estas espécies e o HPW. Para tal, foram utilizadas técnicas de ressonância magnética nuclear (RMN) para analisar amostras de composição simplificada, como uma amostra modelo HPW n6H2O e xerogeis contendo tetraetilortosilicato (TEOS) e no máximo dois organosilanos na composição, dentro do conjunto: 3-aminopropiltrietóxisilano (APTS), butironitrilatrietoxisilano (BUT) e 3 glicidoxipropilltrimetóxisilano (GLYMO). Embora a estrutura do HPW n6H2O seja extensamente discutida na literatura, ainda existem questões estruturais a serem discutidas, para as quais as técnicas de RMN podem fornecer importante contribuição. Diferentes tratamentos térmicos sobre o HPW nH2O foram testados para a obtenção do HPW n6H2O, e os resultados de RMN mostram que o controle de atmosfera durante o processo de secagem é determinante para a estrutura final das espécies de hidratação. No caso dos xerogeis, diferentes atmosferas foram testadas durante o preparo, estudando-se o efeito desta variável sobre a estrutura das espécies no ambiente de coordenação do HPW. Adicionalmente, tratamentos térmicos para a secagem das amostras também foram realizados. Após a irradiação das amostras com luz UV é formado um centro paramagnético WV no poliânion, que foi estudado por ressonância paramagnética eletrônica (RPE). A técnica de 31P permitiu avaliar a estrutura no ambiente mais local da molécula de HPW. Utilizando técnicas de 1H RMN, polarização cruzada (CP) {1H}-31P, correlação heteronuclear (HETCOR) {1H}-31P, {1H}-29Si e {1H}-13C, e medidas de tempos de relaxação spin-rede de 1H no sistema rotante (T1&rho;), foi constatado que o ambiente de coordenação do HPW nos xerogeis é basicamente constituído de espécies de hidratação, como H2O, H3O+, H5O2+ e H+(H2O)n, e espécies OH, que provavelmente pertencem a grupos na matriz de ormosil. Os experimentos de RPE permitiram identificar a existência de uma processo termicamente ativado, em que o elétron excitado realiza saltos entre os diferentes sítios WO6. Dois tipos de centros paramagnéticos WO6, ambos com simetria ortorrômbica, foram resolvidos em 20K. Um deles pôde ser atribuído a sítios WO6 interagindo fortemente com H2O, com a elongação da ligação W=O em WO6. Este sítio é dominante para amostras mais hidratadas. Além deste, outro sítio é observado em amostras mais secas, atribuído a centros WO6 interagindo mais fracamente com os H no ambiente do HPW. Estes resultados mostram que as espécies de hidratação desempenham um importante papel no processo de fotocromismo. / The local structure of hybrid organic-inorganic (ormosils) materials based on 12-phosphotungstic acid (H3PW12O40, HPW) was analyzed. These materials have reversible photochromic response in the range of ultraviolet (200 - 400 nm), and may found application in personal UV dosimeters. These ormosils can be prepared in a simple way using the sol-gel method, allowing the possibility of film depositions. It is known that properties such as the intensity of the photochromic response and the life-time in this state can be controlled changing the organic functional groups in the silane precursors. Other general properties can be also adjusted with these organic functionalities, such as film adhesion, mechanical response, homogeneity and transparency. However, the relation between the photochromic response, the chemical species (including water molecules) around the polyanion, and the local structure is still an open problem. The objective of this work was to analyze the effect of the preparation conditions of the ormosils (composition, atmosphere and thermal treatments) on the chemical environment around the polyanion and their possible influence in the photochromic response. The analysis of the interaction between the polyanion and the chemical species in the ormosil network and hydration species was carried out using nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) in the solid-state for 1H, 31P, 13C, and 29Si. A set of simple photochromic ormosils were considered in this study, prepared with tetraethilorthosilicate (TEOS) and a maximum of two organosilane precursors from the set aminopropyltriethoxysilane (APTS), butyronitriletriethoxysilane (BUT) and 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (GLYMO). Also, the HPW hexahydrate (HPW 6H2O) was analyzed as a model system to test the response of the NMR technique to the structural and dynamical process known in this crystal. The effects of thermal treatments and atmosphere in the preparation of the hexahydrate were analyzed. New information concerning the H dynamics and the thermal transformations observed in this system was gathered in this study. For the photochromic ormosils, preparations under three different atmospheres (uncontrolled ambient, N2 flow, and Ar glove-box) were carried out, as well thermal treatments to remove loosely bound water. Electronic paramagnetic resonance (EPR) experiments were carried out in UV-irradiated ormosils, were paramagnetic centers in WV, related with the photochromic process, were observed. The chemical environment around the polyanion was probed using the techniques of 1H-NMR, {1H}-31P cross-polarization, heteronuclear correlations {1H}-31P, {1H}-29Sie {1H}-13C, and the measurement of the proton spin-lattice relaxation in the rotating frame (T1&rho;). The results revealed the presence of close hydration species such as H2O, H3O+</sup), H5O2+ and H+(H2O)n, and OH groups from the ormosil network. No evidence of interaction between the polyanion and the organic functionalities was found. In the irradiated samples, the EPR experiments revealed a thermally activated hopping process for the excited unpaired electron between WO6 octahedra. Two kinds of paramagnetic sites at the WO6 octahedra, both with orthorrombic symmetry, were resolved at 20K. One of them corresponds to WO6 strongly interacting with water species, with an elongated W=O bond length. This site is dominant for higher hydrated samples. The other site corresponds to WO6 with a weak interaction with protons in the polyanion environment and is observed in higher amounts in less hydrated samples. These results show that the hydrate species in the polyanion coordination environment plays an important role in the photochromic process.