FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / The scientific interest on molecular crystals stems from their great versatility and ease of processing. For pharmaceutically active ingredients, the structure-activity relationship is of major importance. Topiramate, a white and crystalline solid, is a powerful drug efficiently employed to control epilepsy symptoms. The mechanism of action involves a negative modulatory effect on the AMPA/kainate subtypes of glutamate receptors and some types of voltage-gated Na+ and Ca2+ channels, and a positive modulatory effect on some types of GABAA receptors and at least one type of K+ channels in neurons. Despite its pharmacological attributes, the lack of publications regarding its physical-chemical properties in the literature is apparent. In order to fill this gap, a research comprising vibrational spectroscopy techniques (Raman and infrared), thermal analysis (TGA/DTA/DSC), and theoretical calculations, was carried out. With the aid of calculations employing density functional theory (DFT), most of the observed vibrational bands is assigned. Consideration of Raman spectra recorded at temperatures above and below room temperature, as well as under high hydrostatic pressures, indicated maintenance of the orthorhombic crystalline structure under the diverse thermodynamic conditions employed. Thermal analysis, however, showed that, after the melting point, the sample undergoes decomposition in a process comprising three stages, possibly initiated with loss of the sulfamate group by the molecule. This event inspired a theoretical study aimed at promoting the sulfamate group bond breakage in a controlled way by employing a laser instead of heat. This was accomplished by quantum dynamics simulations which showed that, by using a set of ultrashort pulses in the infrared region, it is possible to reach levels close to 70 % dissociation in less than 3 ps. / O interesse cientÃfico pelos cristais moleculares resulta da facilidade de processamento destes materiais, e de sua grande versatilidade. No caso de drogas, a relaÃÃo entre estrutura e atividade à de suma importÃncia. Topiramato, um sÃlido branco e cristalino, à um fÃrmaco utilizado com bastante eficiÃncia para controlar os sintomas da epilepsia. O mecanismo de aÃÃo envolve um efeito modulatÃrio negativo nos receptores de glutamato do subtipo AMPA/kainato e alguns tipos de canais de Na+ e Ca2+ voltagem-dependentes, bem como um efeito modulatÃrio positivo em alguns tipos de receptores GABAA e pelo menos um tipo de canal de K+ nos neurÃnios. A despeito de suas qualidades farmacolÃgicas, a escassez de trabalhos relacionados Ãs suas propriedades fÃsico-quÃmicas na literatura à evidente. Para ajudar a preencher esta lacuna, uma investigaÃÃo envolvendo tÃcnicas de espectroscopia vibracional (Raman e infravermelho), anÃlises tÃrmicas (TGA/DTA/DSC), e cÃlculos teÃricos, foi realizada. Com a ajuda de cÃlculos empregando a teoria do funcional de densidade (DFT), a atribuiÃÃo da maioria das bandas vibracionais observadas foi realizada. A observaÃÃo dos espectros Raman obtidos em temperaturas acima e abaixo da ambiente, bem como sob altas pressÃes hidrostÃticas, indicou que a estrutura cristalina ortorrÃmbica à mantida nas diferentes condiÃÃes termodinÃmicas empregadas. A anÃlise tÃrmica, entretanto, mostrou que, apÃs a fusÃo, o material sofre decomposiÃÃo em um processo que envolve trÃs etapas, possivelmente iniciado com a perda do grupo sulfamato pela molÃcula. Este fato motivou um estudo teÃrico a fim de modelar a quebra da ligaÃÃo do sulfamato de maneira controlada, utilizando um laser em lugar de calor. Isto foi realizado com simulaÃÃes de dinÃmica quÃntica, que mostraram que, atravÃs da utilizaÃÃo de uma combinaÃÃo de pulsos ultracurtos na regiÃo do infravermelho, à possÃvel atingir nÃveis prÃximos a 70% de dissociaÃÃo em menos de 3 ps.

Os fosfolipídios são moléculas anfifílicas que constituem o principal componente das membranas celulares. Na presença de água e para urna concentração suficientemente alta do fosfolipídio, as moléculas se auto organizam formando bicamadas separadas por água. Dentro das bicamadas, e dependendo da temperatura e a concentração, os fosfolipídios podem apresentar diferentes empacotamentos, dando origem a diferentes mesofases. Três mesofases são bem conhecidas: L IND. P IND. e L IND.. As mesofases L IND. e L IND. apresentam as bicamadas planas, porém, a diferença entre as duas está em que a fase L IND. apresenta as cadeias hidrocarbonadas ordenadas, com uma certa inclinação em relação à normal às bicamadas, e na fase L IND. as cadeias hidrocarbonadas estão completamente desordenadas. A fase P IND. conhecida como fase \"ripple\", apresenta uma ondulação periódica das bicamadas e as cadeias carbônicas com um certo grau de ordenamento. Existe na literatura urna grande discussão acerca da origem das mesofases lamelares, porém não existe um trabalho sistemático que permita caracterizar experimentalmente em forma completa as transições de fase entre as mesofases lamelares. Neste trabalho investigamos as transições de fases no sistema DMPC/água (dimiristoil-fosfatidil-colina/água), na região do diagrama de fases onde são observadas as fases L IND. P IND. e L IND.. Utilizamos as técnicas de calorimetria DSC e espalhamento de Raios X para levantar o diagrama de fases do sistema DMPC/água, e estudamos o comportamento da entalpia das diferentes transições de fase em função da concentração. Mediante microscopia de luz polarizada e espalhamento de Raios X caracterizamos o ordenamento induzido em amostras submetidas ao processo de \"shear\" . O procedimento permite observar por espalhamento de Raios X o comportamento da ordem no plano das bicamadas. Esse estudo permitiu também o acompanhamento do espaçamento entre as bicamadas nas transições de fase L IND. P IND. e P IND. L IND.. Tradicionalmente, em modelos teóricos, as transições L IND. P IND. e P IND. L IND. são tratadas corno de primeira ordem. Alguns modelos propõem que estas linhas de transição se encontram num ponto de Lifshitz. Mediante calorimetria de alta resolução estudamos o comportamento do calor específico em diferentes regiões do diagrama de fases. A transição P IND. L IND. para uma concentração de 28% em peso de água, não mostra a forma esperada para transições de primeira ordem, embora apresenta uma certa histerese. Encontramos que a primeira correção de \"scaling\" descreve bem o comportamento do calor específico a até uma temperatura onde este, claramente mostra-se arredondado. Essa região arredondada pode ser entendida no contexto das transições que envolvem ordem hexática, devido ao acoplamento entre o \"tilt\" e a ordem hexagonal. Essa observação é reforçada pela ordem bidimensional observada por espalhamento de raios-x. Finalmente investigamos a existência de fase \"ripple\" em outro fosfolipídio, DMPG (dimiristoil-fosfatidil-glicerol) que difere do DMPC apenas na cabeça polar. / Phospholipids are amphiphilic molecules that constitute the main component of the cellular membranes. In the presence of water and for concentrations sufficiently high of the lipid, the molecules self-assemble in bilayers separated by water. Inside the bilayers, and depending on the temperature and concentration, the phospholipids can present different packings, giving origin to different mesophases. Three mesophases are well-known: L´, P´ and La . The mesophases L´ and La present planar bilayers, even so, the difference between them is in the hydrocarbons chains. The L´ presents the chains orderly, with a certain tilt related to the normal of the bilayers, and in the La phase the chains are completely disordered. The P´ phase, known in the literature as ripple phase, presents periodic undulation of the bilayers and the carbonic chains with a certain degree of order. There is a great discussion in the literature concerning the origin of the lamellar phases, even though there is no systematic experimental work characterizing the phase transitions between lamellar phases. In this work we investigated the phase transitions in the DMPC/water system (dimiristoyl- phosphatidyl-choline), in the area of the phase diagram where the L´ P´, and La phases are observed. We used the calorimetric DSC technique and x-ray scattering to construct the phase diagram of DMPC/water, and we studied the behavior of the enthalpy associated to the different transitions as a function of the concentration. By means of polarized light microscopy and x-ray scattering we characterized the order induced in samples submitted to shear. The procedure allows us to observe the behavior of the in-plane order in the lamelas by means of x-ray scattering. This study also allowed to see the behavior of the lamellar spacing in the L´ -> P´, and P´, -> La phase transitions. Usually, the L´ -> P´, e P´ -> La are treated as first order transitions. Some models proposes that this transition lines encounters in a Lifshitz point. With high calorimetric resolution we study the behavior of the specific heat in different regions of the phase diagram. The P´ -> La transition for 28% of water, doesn\'t show the expected first order behavior. Instead of that we find that the first order correction to scaling succeeded to describe the specific heat near the transition, but clearly, de experimental data shows some rounding region. This rounded region can be understood in the context of the transitions involving hexatic order, where the tilt and the hexagonal ordering are coupled. This observation is reinforced by the 2D order observed by x ray scattering. We also investigated the existence of the \"ripple\" phase in another phospholipid, DMPG (dimiristoyl-phosphatidyl-glycerol) that just differs from DMPC in the polar head.

Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in 3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming- dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay. We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the experimental data, obtaining an excellent agreement. / La sincronización anticipada (SA) es una forma de sincronización que se produce cuando una influencia unidireccional se transmite desde un emisor a un receptor, pero el sistema receptor adelanta al emisor en el tiempo. Este fenómeno, contrario a la intuición, puede ser una solución estable de dos sistemas dinámicos acoplados en una configuración maestro – esclavo cuando el esclavo está sujeto a una retroalimentación negativa retardada. Hay muchos ejemplos de SA que se han encontrado en diferentes sistemas, sin embargo, no existe evidencia ni teórica ni experimental de que ocurra en el cerebro. En este trabajo de tesis se investiga la existencia la SA en circuitos neuronales cuando la realimentación retardada se sustituye por un bucle inhibitorio mediado por sinapsis químicas. A nivel neuronal, se muestra la existencia de SA en circuitos de 3 neuronas o 3 poblaciones de neuronas, donde la retroalimentación la proporciona una interneurona o una subpoblación de neuronas inhibitorias. Una transición de sincronización retrasada (SR) a SA se produce suavemente cuando se incrementa la conductancia sináptica inhibitoria. Se encuentra que el fenómeno es robusto para una amplio espectro de parámetros del modelo dentro del rango fisiológico. También se investiga el papel de la plasticidad neuronal en la transición SR-SA. Los resultados obtenidos a partir del modelo se comparan con los obtenidos experimentalmente en monos cuando realizan ciertas tareas cognitivas. En algunos casos, una influencia direccional dominante de un área cortical a otra se acompaña de un retardo que puede ser negativo o positivo. Se presenta un modelo para las relaciones entre dos regiones corticales del cerebro y se compararan los resultados numéricos con los datos experimentales, obteniendo un excelente acuerdo.

A amortização via reação de estado sólido foi estudada em filmes finos multicamadas de Fe-Zr na composição 50% átomos de Fe, para três diferentes modulações (A=75 A, 150 A e 240 Á), tratadas a 350°C em tempos entre 15min e 24h. A formação e crescimento de fases foi caracterizada através da difração de raios-X em baixo e alto ângulos, espectroscopia de retroespalhamento Rutherford, espectroscopia Mõssbauer de elétrons de conversão e magnetometria. Foi verificado que apenas uma fase amorfa é formada independente da modulação. Determinou-se que a cinética de crescimento apresenta diferentes regimes em função do tempo de tratamento térmico. Foi mostrado que medidas magnéticas são complementares àquelas obtidas por espectroscopia Mõssbauer, e constituem-se uma opção para a caracterização da cinética da reação, a qual pode ser quantificada adotando-se um modelo de crescimento planar das fases reagidas na interface dos pares de reação. Foi calculado um diagrama de energia livre de Gibbs para o sistema Fe-Zr, determinando o comportamento da fase amorfa, bem como o intervalo de amorfizabilidade do mesmo. / The solid state amorphization reaction was studied in multilayered thin films of Fe-Zr at the composition 50% at. Fe, for three different modulations (A= 75 A, 150 A and 240 Á), annealed at 350°C for times ranging from 15 min to 24h. The reaction and consequent phase's growth were characterized by X-ray diffraction in low and high angles, Rutherford backscattering spectroscopy, conversion electron Mossbauer spectroscopy and magnetometry. Only one amorphous phase was formed with none dependency on the modulation. lt was determined that the growth kinetic has different regimes related to the annealing time. Magnetic measurements are complementary to the Mossbauer results, and are an option to the growth kinetic characterization. A Gibbs free energy diagram was calculated for the Fe-Zr system, describing the amorphous phase behavior, and the glass forming range o f the system.

Anticipated Synchronization (AS) is a form of synchronization that occurs when a unidirectional influence is transmitted from an emitter to a receiver, but the receiver system leads the emitter in time. This counterintuitive phenomenon can be a stable solution of two dynamical systems coupled in a master-slave configuration when the slave is subject to a negative delayed self-feedback. Many examples of AS dynamics have been found in different systems, however, theoretical and experimental evidence for it in the brain has been lacking. In this thesis work we investigate the existence of AS in neuronal circuits when the delayed feedback is replaced by an inhibitory loop mediated by chemical synapses. At the neuronal level, we show the existence of AS in 3-neuron or 3-neuron-populations microcircuits, where the self-feedback is provided either by an interneuron or by a subpopulation of inhibitory neurons. A smooth transition from delayed synchronization (DS) to AS typically occurs when the inhibitory synaptic conductance is increased. The phenomenon is shown to be robust for a wide range of model parameters within a physiological range. The role of spiketiming- dependent plasticity in DS-AS transitions is also investigated. The results obtained from the model are compared with those obtained experimentally in monkeys performing certain cognitive tasks. In some cases a dominant directional influence from one cortical area to another is accompanied by either a negative or a positive time delay. We present a model for AS between two brain regions and compare its results to the experimental data, obtaining an excellent agreement. / La sincronización anticipada (SA) es una forma de sincronización que se produce cuando una influencia unidireccional se transmite desde un emisor a un receptor, pero el sistema receptor adelanta al emisor en el tiempo. Este fenómeno, contrario a la intuición, puede ser una solución estable de dos sistemas dinámicos acoplados en una configuración maestro – esclavo cuando el esclavo está sujeto a una retroalimentación negativa retardada. Hay muchos ejemplos de SA que se han encontrado en diferentes sistemas, sin embargo, no existe evidencia ni teórica ni experimental de que ocurra en el cerebro. En este trabajo de tesis se investiga la existencia la SA en circuitos neuronales cuando la realimentación retardada se sustituye por un bucle inhibitorio mediado por sinapsis químicas. A nivel neuronal, se muestra la existencia de SA en circuitos de 3 neuronas o 3 poblaciones de neuronas, donde la retroalimentación la proporciona una interneurona o una subpoblación de neuronas inhibitorias. Una transición de sincronización retrasada (SR) a SA se produce suavemente cuando se incrementa la conductancia sináptica inhibitoria. Se encuentra que el fenómeno es robusto para una amplio espectro de parámetros del modelo dentro del rango fisiológico. También se investiga el papel de la plasticidad neuronal en la transición SR-SA. Los resultados obtenidos a partir del modelo se comparan con los obtenidos experimentalmente en monos cuando realizan ciertas tareas cognitivas. En algunos casos, una influencia direccional dominante de un área cortical a otra se acompaña de un retardo que puede ser negativo o positivo. Se presenta un modelo para las relaciones entre dos regiones corticales del cerebro y se compararan los resultados numéricos con los datos experimentales, obteniendo un excelente acuerdo.

Este trabalho constitui-se na investigação experimental do campo magnético hiperfino do Mo95 em Fe, como função da temperatura, pelo método da correlação angular perturbada gama-gama. O equipamento usado consiste basicamente de um sistema de coincidências que inclui um analisador multicanal e um par de detetores. Totalmente transistorizado, o sistema teve automaticamente seu funcionamento. Verifica-se que a curva do campo magnético hiperfino em função da temperatura não segue o andamento da curva de magnetização espontânea do ferro. É feita a interpretação do resultado obtido em termos de modelo de Campo Molecular, modelo de Campo Molecular com colaboração dos elètros de condução e modelo de transição. / This Work consists in the experimental investigation of the hyperfine magnetic field on Mo95 in Fe, as a function of temperature, by gamma-gamma perturbed angular correlation method. The equipament used basically consists in a coincidence system which includes a multichannel analyzer and two detectors, with data collection and magnetic field inversion automatically performed. One verifies that the hyperfine magnetic field curve as a function of temperature does not follow the spontaneous magnetization curve of iron. The interpretation of the experimental results is performed in terms of the molecular field model, molecular field model with conduction electron polarization, and transition model.

A amortização via reação de estado sólido foi estudada em filmes finos multicamadas de Fe-Zr na composição 50% átomos de Fe, para três diferentes modulações (A=75 A, 150 A e 240 Á), tratadas a 350°C em tempos entre 15min e 24h. A formação e crescimento de fases foi caracterizada através da difração de raios-X em baixo e alto ângulos, espectroscopia de retroespalhamento Rutherford, espectroscopia Mõssbauer de elétrons de conversão e magnetometria. Foi verificado que apenas uma fase amorfa é formada independente da modulação. Determinou-se que a cinética de crescimento apresenta diferentes regimes em função do tempo de tratamento térmico. Foi mostrado que medidas magnéticas são complementares àquelas obtidas por espectroscopia Mõssbauer, e constituem-se uma opção para a caracterização da cinética da reação, a qual pode ser quantificada adotando-se um modelo de crescimento planar das fases reagidas na interface dos pares de reação. Foi calculado um diagrama de energia livre de Gibbs para o sistema Fe-Zr, determinando o comportamento da fase amorfa, bem como o intervalo de amorfizabilidade do mesmo. / The solid state amorphization reaction was studied in multilayered thin films of Fe-Zr at the composition 50% at. Fe, for three different modulations (A= 75 A, 150 A and 240 Á), annealed at 350°C for times ranging from 15 min to 24h. The reaction and consequent phase's growth were characterized by X-ray diffraction in low and high angles, Rutherford backscattering spectroscopy, conversion electron Mossbauer spectroscopy and magnetometry. Only one amorphous phase was formed with none dependency on the modulation. lt was determined that the growth kinetic has different regimes related to the annealing time. Magnetic measurements are complementary to the Mossbauer results, and are an option to the growth kinetic characterization. A Gibbs free energy diagram was calculated for the Fe-Zr system, describing the amorphous phase behavior, and the glass forming range o f the system.

A amortização via reação de estado sólido foi estudada em filmes finos multicamadas de Fe-Zr na composição 50% átomos de Fe, para três diferentes modulações (A=75 A, 150 A e 240 Á), tratadas a 350°C em tempos entre 15min e 24h. A formação e crescimento de fases foi caracterizada através da difração de raios-X em baixo e alto ângulos, espectroscopia de retroespalhamento Rutherford, espectroscopia Mõssbauer de elétrons de conversão e magnetometria. Foi verificado que apenas uma fase amorfa é formada independente da modulação. Determinou-se que a cinética de crescimento apresenta diferentes regimes em função do tempo de tratamento térmico. Foi mostrado que medidas magnéticas são complementares àquelas obtidas por espectroscopia Mõssbauer, e constituem-se uma opção para a caracterização da cinética da reação, a qual pode ser quantificada adotando-se um modelo de crescimento planar das fases reagidas na interface dos pares de reação. Foi calculado um diagrama de energia livre de Gibbs para o sistema Fe-Zr, determinando o comportamento da fase amorfa, bem como o intervalo de amorfizabilidade do mesmo. / The solid state amorphization reaction was studied in multilayered thin films of Fe-Zr at the composition 50% at. Fe, for three different modulations (A= 75 A, 150 A and 240 Á), annealed at 350°C for times ranging from 15 min to 24h. The reaction and consequent phase's growth were characterized by X-ray diffraction in low and high angles, Rutherford backscattering spectroscopy, conversion electron Mossbauer spectroscopy and magnetometry. Only one amorphous phase was formed with none dependency on the modulation. lt was determined that the growth kinetic has different regimes related to the annealing time. Magnetic measurements are complementary to the Mossbauer results, and are an option to the growth kinetic characterization. A Gibbs free energy diagram was calculated for the Fe-Zr system, describing the amorphous phase behavior, and the glass forming range o f the system.

Este trabalho constitui-se na investigação experimental do campo magnético hiperfino do Mo95 em Fe, como função da temperatura, pelo método da correlação angular perturbada gama-gama. O equipamento usado consiste basicamente de um sistema de coincidências que inclui um analisador multicanal e um par de detetores. Totalmente transistorizado, o sistema teve automaticamente seu funcionamento. Verifica-se que a curva do campo magnético hiperfino em função da temperatura não segue o andamento da curva de magnetização espontânea do ferro. É feita a interpretação do resultado obtido em termos de modelo de Campo Molecular, modelo de Campo Molecular com colaboração dos elètros de condução e modelo de transição. / This Work consists in the experimental investigation of the hyperfine magnetic field on Mo95 in Fe, as a function of temperature, by gamma-gamma perturbed angular correlation method. The equipament used basically consists in a coincidence system which includes a multichannel analyzer and two detectors, with data collection and magnetic field inversion automatically performed. One verifies that the hyperfine magnetic field curve as a function of temperature does not follow the spontaneous magnetization curve of iron. The interpretation of the experimental results is performed in terms of the molecular field model, molecular field model with conduction electron polarization, and transition model.

Este trabalho constitui-se na investigação experimental do campo magnético hiperfino do Mo95 em Fe, como função da temperatura, pelo método da correlação angular perturbada gama-gama. O equipamento usado consiste basicamente de um sistema de coincidências que inclui um analisador multicanal e um par de detetores. Totalmente transistorizado, o sistema teve automaticamente seu funcionamento. Verifica-se que a curva do campo magnético hiperfino em função da temperatura não segue o andamento da curva de magnetização espontânea do ferro. É feita a interpretação do resultado obtido em termos de modelo de Campo Molecular, modelo de Campo Molecular com colaboração dos elètros de condução e modelo de transição. / This Work consists in the experimental investigation of the hyperfine magnetic field on Mo95 in Fe, as a function of temperature, by gamma-gamma perturbed angular correlation method. The equipament used basically consists in a coincidence system which includes a multichannel analyzer and two detectors, with data collection and magnetic field inversion automatically performed. One verifies that the hyperfine magnetic field curve as a function of temperature does not follow the spontaneous magnetization curve of iron. The interpretation of the experimental results is performed in terms of the molecular field model, molecular field model with conduction electron polarization, and transition model.