Orientador: Anita Jocelyne Marsaioli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-13T13:31:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_LucasGelain_M.pdf: 1200827 bytes, checksum: 8708dd4e868d8749ef0f4a5d27b03248 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Técnicas de RMN de H foram aplicadas no estudo de metabolômica de Theobroma cacao e interações proteínas ¿ ligantes. Esses dois tópicos são reportados em dois capítulos. O primeiro descreve a análise quantitativa por RMN de H de 8 metabolitos de Theobroma cacao endógenos ou produzidos durante a fermentação de 10 diferentes variedades resistentes ao fungo Moniliophthora perniciosa. Os espectros foram obtidos de extratos aquosos saturando o sinal da água com pressaturação. Os metabólitos monitorados foram: glicose, sacarose, frutose, etanol, cafeínas e os ácidos acético, lático e succínico. O teor dos metabólitos presentes em 7 dessas variedades são similares àqueles de T. cacao comum e análise sensorial selecionou aquelas com maior teor de cafeína como as melhores. O segundo capítulo descreve as interações acetilcolinesterase/alcalóides de Amaryllidaceae e proteína de membrana bacteriana/fosfomicina, com os mapas de epitopo de interação dos ligantes com as macromoléculas determinados por RMN de H ¿ STD (Saturation Transfer Difference). O mapa de epitopo para acetilcolinesterase/fisostigmina foi confirmado por cálculos de ¿doking¿ molecular. A constante de dissociação aparente da fisostigmina com acetilcolinesterase foi obtida através das medidas de T1 seletivo. Interação entre células integras de Escherichia coli CCT 5050, Serratia liquefaciens CCT 7262 e fosfomicina indicaram que microrganismo resistente ao antibiótico (Serratia liquefaciens) não apresentaram sinais no experimento de RMN de H ¿ STD enquanto que o microrganismo não resistente (Escherichia coli) apresenta sinais no mesmo experimento. Esses resultados certamente contribuirão para a elucidação do mecanismo de ação da fosfomicina / Abstract: H NMR tecniques were applied to study Theobroma cacao metabolomics and protein-ligand supramolecular interactions. These two topics are reported in two chapters. First chapter describes the H NMR quantitative analysis of 8 Theobroma cacao secondary metabolites which are endogenous or produced during the fermentation process of 10 different varieties resistent to the Moniliophthora perniciosa fungus. The spectra were obtained from the aqueous extracts saturating the water signal with the PRESAT tecnique. The monitored metabolites were: glucose, sacharose, fructose, ethanol, cafeine and the acids acetic, latic and succinic. The abundance of the metabolites present in 7 of these varieties were similar to those in comon T. Cacao and sensory analysis selected those with high cafeine content as the best. The second chapter describes the supramolecular interactions of acetylcholisterase/Amaryllidaceae alkaloids and bacterial membrane protein /fosfomicine, with the epitope mapping of the interactions of the ligands to the macromolecules obtained by H NMR STD (saturation transfer difference). The epitope mapping of acetylcholisterase/Amaryllidaceae alkaloids was confirmed by molecular docking calculations. The apparent dissociation constant of the fisostigmine which is an acetylcholinesterase inhibitor was obtained by applying selective T1. Interactions of Escherichia coli CCT 5050, Serratia liquefaciens CCT 7262 whole cells and fosfomycin indicated that microorganisms resistent to this antibiotic (Serratia liquefaciens) did not show signal in the H NMR STD experiment while non resistent microorganism (Escherichia coli) showed signals in the same experiment. This data will certainly contribute to the elucidation of fosfomycin action mechanism / Mestrado / Quimica Organica / Mestre em Química

La recherche présentée dans cette thèse traite de la synthèse, propriétés et applications optoélectroniques de matériaux nanohybrides basés sur le greffage d’une porphyrine donneur d’électron et d’un dérivé du fullerène sur des nanoparticules de ZnO.Ces molécules sont accrochées à la surface de l’oxyde métallique grâce à une fonction acide carboxylique. L'effet du rapport molaire porphyrine / fullerène, de la polarité du solvant et la forme des nanoparticules sur les propriétés optiques des nanohybrides ont été étudiés. Les interactions porphyrine / fullerène à l’échelle moléculaire apparaissent pour un rapport de 1:2 à l'état co-greffé sur des nanobâtonnets de ZnO. Cela est indiqué par le fort décalage bathochrome du pic de Soret des porphyrines et de l’extinction de sonémission de fluorescence. Toutefois, à cette valeur du rapport, le complexe de transfert de charge n'est pas détectable. La formation de ce complexe requiert à la fois les molécules donneur et accepteur d’électron d'être d’être maintenues à proximité, ce qui est réalisableen augmentant le rapport stoechiométrique à 1:3 et au-delà. Dans l’acétonitrile, une bande d’absorption de transfert de charge de faible intensité apparaît vers 700-800 nm, ainsi qu’une bande d'émission à 800 nm, caractérisant la complexation supramoléculaire à la surface de l’oxyde métallique. Lorsqu'ils sont utilisés pour la fabrication de la couche active dans une cellule solaire à hétérojonction hybride, les nanobâtonnets de ZnO fonctionnalisés montrent une efficacité de conversion lumineuse pour des valeurs faibles du rapport porphyrine / fullerène, mais l’augmentation du taux de fullerène tend à diminuer le rendement de conversion photovoltaïque. Cet effet a été relié à l’apparition de défauts morphologiques dans les films minces induite par l’agrégation des nanotubeslié au taux et rapport de greffage des molécules organiques. / The research presented in this dissertation deals with the synthesis, properties andoptoelectronic applications of the nanohybrids based on dye and fullerene functionalizedZnO nanoparticles. These molecules being acid functionalized, were co-grafted on thesurface of ZnO nanoparticles. The effect of changing ratio of donor to acceptor, polarityof the solvent and shapes of the nanoparticles on porphyrin/fullerene interaction werestudied. The molecules were found appreciably interacting at a ratio of 1:2 under the cograftedstate on ZnO nanorods. This was indicated by the strong bathochromic shift of thesoret peak of porphyrin and quenching of its fluorescence however, at this ratio chargetransfer complex is not detectable. The complex formation requires both the donors andacceptors to be enough close to each other to undergo Van der Waal’s type interactionwhich is achievable by raising the stoichiometric ratio to 1:3 and beyond. Weak CTabsorption (700-800 nm) and emission bands (800 nm) characterizing supramolecularcomplexation, were noticed only in polar solvent acetonitrile. When applied as acomponent of the active layer in bulk heterojunction hybrid solar cells, the dyefunctionalized ZnO nanoprods raised the efficiency of the solar cells at lowconcentrations but addition of fullerene had an inverse effect. This was investigated to bedue to the morphological defects induced by the clusterization of nanorods.

This work describes the realization of physically crosslinked networks based on gelatin by the introduction of functional groups enabling specific supramolecular interactions. Molecular models were developed in order to predict the material properties and permit to establish a knowledge-based approach to material design. The effect of additional supramolecular interactions with hydroxyapaptite was then studied in composite materials. The calculated properties are compared to experimental results to validate the models. The models are then further used for the study of physically crosslinked networks. Gelatin was functionalized with desaminotyrosine (DAT) and desaminotyrosyl-tyrosine (DATT) side groups, derived from the natural amino acid tyrosine. These group can potentially undergo to π-π and hydrogen bonding interactions also under physiological conditions. Molecular dynamics (MD) simulations were performed on models with 0.8 wt.-% or 25 wt.-% water content, using the second generation forcefield CFF91. The validation of the models was obtained by the comparison with specific experimental data such as, density, peptide conformational angles and X-ray scattering spectra. The models were then used to predict the supramolecular organization of the polymer chain, analyze the formation of physical netpoints and calculate the mechanical properties. An important finding of simulation was that with the increase of aromatic groups also the number of observed physical netpoints increased. The number of relatively stable physical netpoints, on average zero 0 for natural gelatin, increased to 1 and 6 for DAT and DATT functionalized gelatins respectively. A comparison with the Flory-Rehner model suggested reduced equilibrium swelling by factor 6 of the DATT-functionalized materials in water. The functionalized gelatins could be synthesized by chemoselective coupling of the free carboxylic acid groups of DAT and DATT to the free amino groups of gelatin. At 25 wt.-% water content, the simulated and experimentally determined elastic mechanical properties (e.g. Young Modulus) were both in the order of GPa and were not influenced by the degree of aromatic modification. The experimental equilibrium degree of swelling in water decreased with increasing the number of inserted aromatic functions (from 2800 vol.-% for pure gelatin to 300 vol.-% for the DATT modified gelatin), at the same time, Young’s modulus, elongation at break, and maximum tensile strength increased. It could be show that the functionalization with DAT and DATT influences the chain organization of gelatin based materials together with a controlled drying condition. Functionalization with DAT and DATT lead to a drastic reduction of helical renaturation, that could be more finely controlled by the applied drying conditions. The properties of the materials could then be influenced by application of two independent methods. Composite materials of DAT and DATT functionalized gelatins with hydroxyapatite (HAp) show a drastic reduction of swelling degree. In tensile tests and rheological measurements, the composites equilibrated in water had increased Young’s moduli (from 200 kPa up to 2 MPa) and tensile strength (from 57 kPa up to 1.1 MPa) compared to the natural polymer matrix without affecting the elongation at break. Furthermore, an increased thermal stability from 40 °C to 85 °C of the networks could be demonstrated. The differences of the behaviour of the functionalized gelatins to pure gelatin as matrix suggested an additional stabilizing bond between the incorporated aromatic groups to the hydroxyapatite. / Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung von durch spezifische physikalische Wechselwirkungen quervernetzten Gelatine-basierten Materialien. Dazu wurden zunächst Computermodelle entwickelt, mit denen Eigenschaften der Materialien vorhergesagt werden sollten, um so eine wissensbasierte Entwicklung zu ermöglichen, um dann die Ergebnisse mit experimentellen Daten zu vergleichen und die Materialien und Modelle als Grundlage für weitere Entwicklungen zu nutzen. Gelatine wurde mit Desaminotyrosin (DAT) und Desaminotyrosyltyrosin (DATT) funktionalisiert, die sich von der natürlichen Aminosäure Tyrosin ableiten. Diese Gruppen können potentiell π-π Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen auch unter physiologischen Bedingungen eingehen. Es wurden Computersimulationen der Materialien mittels Moleküldynamik durchgeführt, wobei Modelle mit 0.8 Gew.-% und 25 Gew.-% Wassergehalt betrachtet wurden. Die Validierung der Modelle erfolgte durch Vergleich der errechneten mit experimentellen Daten wie z.B. der Dichte, Bindungswinkeln sowie Röntgenstreuungsspektren. Die Modelle wurden dann zur Vorhersage der molekularen Organisation der Polymerketten, Formierung physikalischer Netzpunkte und Berechnung der mechanischen Eigenschaften eingesetzt. Die Funktionalisierung der Gelatine mit DAT bzw. DATT führten wie gewünscht zur Ausbildung physikalischer Netzpunkte durch π-π Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken¬bindungen. Ein Schlüsselergebnis der Simulationen war, dass mit zunehmender Zahl an aromatischen Gruppen auch eine Zunahme der physikalischen Netzpunkte beobachtet werden konnte. Die funktionalisierten Gelatinen konnten durch chemoselektive Reaktion der Aminogruppen der Gelatine mit den freien Carboxylgruppen von DAT und DATT hergestellt werden. Materialien mit 25 Gew.-% Wassergehalt hatten in der Simulation und im Experiment mechanische Eigenschaften derselben Größenordnung (z.B. E-Moduln im unteren GPa-Bereich). Der Quellungsgrad der Materialien im Experiment nahm mit zunehmender Zahl an aromatische Gruppen ab (von 2800 Vol.-% auf 300 Vol.-%), wobei der Elastizitätsmodul, die Bruchdehnung sowie die Zugfestigkeit zunahmen. Die Funktionalisierung der Gelatine ist eine chemische Methode, um die Kettenanordnung auf molekularer Ebene zu beeinflussen, während die genaue Kontrolle der Trocknungs¬bedinguungen von Gelatine-basierten Materialien eine physikalische Methode mit demselben Ziel ist. Es konnte gezeigt werden, dass die Funktionalisierung von Gelatine mit DAT oder DATT zu einer stark verminderten Helixausbildungstendenz, die jedoch durch Variation der Trocknunsgbedingungen noch fein abgestimmt werden konnte. Somit konnten die mechanischen Eigenschaften von Filmen aus funktionlisierter Gelatine mit zwei unabhängigen Methoden eingestellt werden. Komposite der mit DAT oder DATT funktionalisierten Gelatine und Hydroxyapatit (HAp) zeigten deutlich verringerter Quellung. In Zugdehnungsexperimenten und rheologischen Untersuchungen zeigten die Komposite im Gleichgewichtsquellungszustand erhöhte Elastizitätsmoduln (von 200 kPa auf bis zu 2 MPa) und Zugfestigkeit (von 57 kPa auf bis zu 1.1 MPa). Darüber hinaus konnte die Übergangstemperatur Tc deutlich gesteigert werden (von ca. 40 °C auf > 85 °C). Dieses Verhalten ließ sich auf stabilisierende Bindungen zwischen den aromatische Gruppen und dem HAp zurückführen.