O presente trabalho tem por objetivo o estudo da fotólise de uma série de brometos de benzila orto-substituídos em solventes apoIares, visando contribuir para a elucidação, tanto dos mecanismos operativos após a homólise de ligações carbono., halogênio em sistemas benzílicos, como das espécies intermediárias envolvidas no processo. Assim sendo, irradiaram-se soluções benzênicas dos compostos α-bromo-o-xileno (MBX), &#945, α-dibromo-o-xileno (GBX), &#945, α-dibromo-o-xileno (DBX), &#945, α α\'tribromo-o-xileno (TRBX) e &#945, α &#945, α-tetrabromo-o-xileno (TBX) e soluções de MBX e DBX em iso-octano, utilizando-se uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão ( λemissão=254nm). Os produtos foram analisados e identificados por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas e confirmados por co-injeção de amostras autênticas, sintetizadas por via térmica. Os rendimentos quânticos dos produtos foram calculados, utilizando-se o leucocianeto de verde-malaquita como actinômetro. A análise dos produtos revelou que a homólise da ligação C-Br é seguida de uma série de reações de abstração de hidrogênio e recombinação de radicais resultando sempre em xilenos menos e mais bromados que o xileno de partida. Benzaldeídos, resultantes da hidrólise dos dibrometos geminais, também são formados, devido à presença de traços de água. Quando o solvente é iso-octano, o produto menos bromado aparece com maior rendimento quântico relativo, devido à abstração de hidrogênio do solvente pelo fotoproduto primário, um radical benzila; além disso, observa-se a formação de um novo produto: o 2-bromo-2,4,4-trimetil-pentano. Os rendimentos quânticos de desaparecimento de substrato observados na fotólise de soluções benzênicas de MBX (0,33) e DBX (0,52) foram superiores àqueles encontrados ao se utilizar iso-octano como solvente: 0,22 e 0,32, respectivamente. Isto sugere que o benzeno excitado esteja intermediando o processo (i.e., agindo como sensibilizador), transferindo energia de excitação para o brometo de benzila. Um intermediário bi-radicalar do tipo orto-quinodimetano (o-xilileno) era esperado em caso de: (i) fotólise do radical benzila formado (processo bifotônico) ou (ii) abstração de hidrogênio intramolecular. Entretanto, não se observaram produtos derivados de adição de Diels-Alder, quando ciclo-hexeno foi adicionado ao sistema. Também não se observou formação perceptível de brometo de hidrogênio, em nenhum dos sistemas investigados. Foram feitos, também, estudos de fotólise por pulso de laser, em iso-octano, para os compostos MBX, DBX, GBX e TBX utilizando-se o 4º harmônico de um laser de Nd:YAG (λ =266nm). As soluções de trabalho foram desaeradas por, pelo menos, três ciclos de congelamento-degaseamento-descongelamento até 10-5mmHg. A cinética de decaimento das absorções observadas foi analisada como sendo devida a duas espécies, isto é, os resultados são compatíveis com um decaimento duplo-exponencial, cujos tempos de vida seriam da ordem de µs e ms, para as espécies de tempos de vida curto e longo, respectivamente. Além disso, as distribuições espectrais observadas a 0,1 e 10µs mostraram-se diferentes, indicando a presença de dois transientes. A análise da cinética de decaimento das absorções transientes de MBX e DBX, além das distribuições espectrais obtidas para as transições Dn←Do (λ.=320nrn e 338nm, respectivamente) mostram que, na fotólise destes dois compostos, forma-se, inicialmente, um radical, de tempo de vida da ordem de microssegundos, por cisão homolítica da ligação C-Br: o-metil-benzila, no caso de MBX e o-(bromo-metil)benzila para DBX. Além destas espécies, formam-se cátions (detectáveis para todos os compostos estudados) que apresentam uma banda de absorção larga e desestruturada (de 330 a 360nrn;λ .max = 347nrn) e com tempo de vida da ordem de milissegundos nas condições de trabalho, a partir de um radical excitado, pela perda de um segundo elétron (Tokumura et a/ii 1989; 1991). Resultados análogos foram obtidos para a fotólise de DBX e TBX, em solução benzênica, empregando-se um laser de exímero de XeCI (308nrn), tendo sido nestes experimentos que se detectou o radical gerado de TBX, o qual não é observável em iso-octano. Em benzeno observou-se, também, a formação do complexo Br./benzeno (λ..max = 550nrn), fato este que vem a reforçar a proposição de estarem-se gerando radicais nestes sistemas. / In the present work, the photolyses, in apoIar soIvents, of a series of bromoderivatives of o-xylene is investigated, aiming at attaining an improved understanding of the reaction mechanism and at the identification of the transient species formed after homolysis ofthe carbon-halogen bond. α-Bromo-o-xylene (MBX), α, α -dibromo-o-xylene (GBX), α, α\' -dibromo-o-xylene (DBX), α, α, α \' -tribromo-o-xylene and α, α, α,α\' -tetrabromo-o-xylene (TBX) were subjected to steady-state 254nm irradiation in deaerated benzene and isooctane. The products were identified by GC-MS and also by co-injection of authentic samples. The analysis of the products formed revealed that homolysis of C-Br bond is followed by a series of hydrogen abstraction and radical recombination reactions, resulting in xylenes more and less brominated than the starting compound. Benzaldehydes are also formed from hydrolysis of the geminal dibromides, due to the presence of trace amounts of water. When isoöctane is the solvent, the less brominated products are formed with higher relative quantum yields, as the solvent undergoes hydrogen abstraction by the primary photoproduct, the o-methylbenzyI radical, a process also leading to the formation of 2-bromo-2,4,4-trimethylpentane. This notwithstanding, no trace of HBr was detected. The photolysis of MBX and DBX presented higher absolute quantum yields in benzene than in isoöctane, indicating sensitization by the solvent in the former case. A biradical intermediate, belonging to the orto-quinodimethane c1ass, was expected on the occurrence of either (a) photolysis of the o-methylbenzyl radical formed (a biphotonic process) or (b) intramolecular hydrogen abstraction. However, in the presence of cyclohexene no Diels-AIder adduct was observed. Laser flash-photolysis studies at 266nm (quadrupled Nd:YAG) have been performed for MBX, DBX, GBX and TBX, using degassed isoöctane as solvent. The observed transient spectral and kinetic data indicates initial formation of a radical and of a cation, which present micro and millisecond lifetimes, respectively. Moreover, the spectral distributions were different at 0.1 and 10µs, as expected for two different transients. Similar results were obtained from DBX, on 308nm laser irradiation (XeCl eximer). For TBX, however, on1y in these latter conditions we were able to detect the α-bromo-o-(dibromomethyl)benzyl radical (which half-life is toa short in isoöctane to be detected by our apparatus). Both substracts also gave rise to the Br/benzene complex (λmax = 550nm), in the 308nm photolyses, thus confirming the presence ofBro in the system under study.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / There is a great interest in the study of antioxidants, mainly due to the findings on the effect of radicals in the body. These radicals are needed in many biological processes, but also may be related to processes harmful to our body, such as oxidative stress, which is associated with diseases such as neurodegenerative and cardiovascular diseases, and aging. The phenolic compounds eugenol, isoeugenol and dehydrodieugenol are phenylpropanoids that have properties antibacterial, anesthetic, analgesic, antiallergic and anti-inflammatory, and antioxidant properties, preventing oxidative damage cumulative character. To better understand the behavior of these antioxidants, this study aimed to evaluate the antioxidant activity of eugenol, isoeugenol and dehydrodieugenol against the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical (DPPH), as well as the radical scavenging activity of these compounds front of the hydroxyl radical (photochemically generated from the decomposition of hydrogen peroxide), prepare nanocarrier with different structural organizations (nanocapsules and nanoemulsions), and verify the ability of these nanostructures to increase the photostability under UV-C compared to the free compounds in solution in the presence and absence of hydroxyl radical (HO ). The dispersion of nanocapsules (NC) and nanoemulsions (NE) were prepared by the method of interfacial deposition of preformed polymer (poly-ε-caprolactone) and spontaneous emulsification, respectively. All formulations presented high encapsulation efficiency, nanometric size, low polydispersity index, negative zeta potential and acid pH values, remaining stable after 7 of storage months. In the kinetic study of the photodecomposition, the compounds showed the following stability (in the absence of the radical HO ): eugenol > dehydrodieugenol > isoeugenol. The nanostructured formulations antioxidants promoted the protection against UV-C photodegradation when compared to a hydroethanolic solution. The increased stability NC compared to the free solution can be attributed to the high absorption of polyester poly-ε-caprolactone in the UV-C. In the presence of HO radical, the dehydrodieugenol was antioxidant the most active antirradicalar, followed by eugenol and isoeugenol. Antioxidants encapsulated in nanocapsules and nanoemulsions have a prolonged radical scavenging activity compared with the solution of eugenol and its derivatives. Cell viability test shows that the nanostructured systems (NC and NE) were not toxic for antioxidant concentration at up to 1mg mL-1. This low cytotoxicity of the samples indicates that the nanocapsules and nanoemulsions prepared in this work may be considered favorable substrate for viable cell. / Atualmente existe um grande interesse no estudo dos antioxidantes devido, principalmente, às descobertas sobre o efeito dos radicais no organismo. Esses radicais são necessários em muitos processos biológicos, mas também podem estar relacionados a processos prejudiciais ao nosso organismo, tais como o estresse oxidativo, o qual está associado a doenças, tais como as neurodegenerativas e cardiovasculares, e ao envelhecimento. Os compostos fenólicos eugenol, isoeugenol e dehidrodieugenol, são fenilpropanóides que apresentam propriedades antibacterianas, anestésicas, analgésicas, antialérgicas e anti-inflamatórias, além de possuírem propriedades antioxidantes, evitando lesões oxidativas de caráter cumulativo. Visando compreender melhor o comportamento desses antioxidantes, este trabalho teve como objetivo avaliar a atividade antioxidante do eugenol, isoeugenol e dehidrodieugenol frente ao radical 1,1-difenil-2-picrilhidrazil (DPPH), bem como a atividade antirradicalar destes compostos frente ao radical hidroxil (gerado fotoquimicamente pela decomposição do peróxido de hidrogênio), preparar nanocarreadores com diferentes organizações estruturais (nanocápsulas e nanoemulsões), e verificar a capacidade destas nanoestruturas em aumentar a fotoestabilidade (radiação UV-C) quando comparadas aos compostos livres em solução, na presença e na ausência do radical hidroxil (HO ). As dispersões de nanocápsulas (NC) e nanoemulsões (NE) foram preparadas pelo método da deposição interfacial do polímero pré-formado (poli-ε-caprolactona) e emulsificação espontânea, respectivamente. Todas as formulações apresentaram uma alta eficiência de encapsulamento, tamanho médio nanométrico, baixo índice de polidispersão, potencial zeta negativo e valores de pH ácido, permanecendo estáveis após 7 meses de armazenamento. No estudo cinético da fotodecomposição, as soluções dos antioxidantes apresentaram a seguinte estabilidade (na ausência do radical HO ): eugenol > dehidrodieugenol > isoeugenol. As formulações nanoestruturadas protegeram os antioxidantes contra a fotodegradação UV-C, quando comparadas à solução hidroetanólica. A maior estabilidade das nanocápsulas comparada à solução livre pode ser atribuída à alta absorção do poliéster poli-ε-caprolactona na região do UV-C. Na presença do radical HO , o dehidrodieugenol foi o antioxidante com maior atividade antirradicalar, seguido do eugenol e do isoeugenol. Os antioxidantes encapsulados em nanocápsulas e nanoemulsões apresentaram uma prolongada atividade antirradicalar quando comparada com a solução de eugenol e seus derivados. Os testes de viabilidade celular mostraram que os sistemas nanoestruturados (NC e NE) não foram tóxicos para a concentração de antioxidante de até 1mg mL-1. Esta baixa citotoxicidade das amostras indica que as nanocápsulas e nanoemulsões preparadas neste trabalho podem ser consideradas substratos favoráveis para as células vivas.

Orientador: Marcelo Ganzarolli de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:47:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lourenco_SarahdeMarchi_M.pdf: 4886643 bytes, checksum: 5a7f5c0b7aed7c8f6aea7bd9acf6ae6d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O Óxido nítrico (NO) é uma espécie radicalar endógena que desempenha papéis importantes em diversos processos fisiológicos, incluindo controle do tônus vascular. Desordens microcirculatórias associadas à depleção da produção endógena de NO são as principais causas de doenças isquêmicas e têm demandado o desenvolvimento de biomateriais capazes de liberarem NO localmente em tecidos. O poli(álcool vinílico), PVA, é um polímero hidroxilado biocompatível já utilizado para propósitos médicos que permite modificações químicas através de reações de condensação com ácidos carboxíli cos. Neste trabalho, utilizamos o ácido mercaptosuccínico (AMS) para preparar membranas de PVA reticuladas quimicamente contendo grupos ¿SH (PVA-SH), capazes de serem posteriormente S-nitrosadas e liberarem NO localmente por vias térmica e fotoquímica. O PVA foi esterificado com AMS em meio acidificado com HCl. As membranas foram moldadas por precipitação da solução polimérica através de imersão em acetona, secas por liofilização e, subsequentemente, S-nitrosadas com ácido nitroso. As membranas de PVS-SH apresentaram cristalinidade reduzida e graus de intumescimento maiores que 600% em água. Medidas por quimiluminescência em tempo real mostraram que as membranas S-nitrosadas são capazes de liberar NO termicamente e que a sua irradiação com luz visível aumenta significativamente a taxa de liberação de NO. Foi demonstrado que estas propriedades de liberação de NO levam à vasodilatação após a aplicação tópica das membranas no antebraço de volun tários saudáveis, mostrando sua potencial aplicabilidade para o tratamento tópico de doenças isquêmicas da pele / Abstract: Nitric oxide (NO) is an endogenous radical species, which plays important roles in many physiological processes, including the control of vascular tone. Microcirculatory disorders associated with the depletion of endogenous NO production are the main causes of ischemic diseases and have demanded biomaterials capable of delivering NO locally to tissues. Poly(vinyl alcohol), PVA, is a biocompatible hydroxylated polymer already used for medical purposes that allows chemical modification through condensation reactions with carboxylic acids. In this work, we used mercaptosuccinic acid (MSA) to prepare SH-containing crosslinked PVA membranes (PVA-SH) capable of being further S-nitrosated to release NO locally through thermal and photochemical pathways. PVA was esterified with MSA in aqueous HCl-acidified medium. The membranes were cast by precipitation of the polymeric solutions, through their immersion in acetone, dried by lyophilization and subsequently S-nitrosated with nitrous acid. The PVA-SH membranes displayed a reduced crystallinity and swelling degrees in water higher than 600%. Real time chemiluminescence measurements showed that the S-nitrosated membranes are capable of releasing NO thermally and that their irradiation with visible light increases significantly the rate of NO release. These NO-release properties promoted local vasodilation after topical application of the membranes on the forearm of health volunteers, showing their potential applicability for the topical treatment of ischemic skin diseases / Mestrado / Físico-Química / Mestra em Química

Este trabalho relata um estudo da fotólise de 4-clorometil-6,8-dimetil-azuleno (1), 4-bromometil-6,8-dimetil-azuleno (2) e 4-clorometil-1-metil-7-isopropilazuleno (3), em solventes polares e apoiares. Os fotoprodutos foram analisados e identificados ou por cromatografia a gás, comparando-se com padrões autênticos, ou por espectrometria de massas. Em solventes polares, foram obtidos somente produtos provenientes de clivagem heterolítica da ligação C-halogênio, enquanto, em solventes apoiares foi observada somente a presença de fotoprodutos de origem radicalar. O produto majoritário na fotólise de 1 em solventes apoiares, em todas as condições experimentais, foi identificado como 1-cloro-4,6,8-trimetil-azuleno, um isômero do reagente, cuja formação não é afetada pela presença de doadores de hidrogênio. Entretanto, este isômero não foi observado em solventes polares, em nenhuma condição experimental. Resultados similares foram obtidos nas fotólises de 2 e de 3. Com base nestas observações, foi possível formular um mecanismo geral para a fotólise dos derivados de azuleno estudados. Em solventes apoiares ocorre clivagem homolítica, levando exclusivamente a produtos provenientes de reações radicalares. Em solventes polares, ao contrário dos mecanismos propostos na maioria dos trabalhos de literatura, ocorre clivagem heterolítica direta, sem o envolvimento de um par radicalar inicial que levaria à formação do carbocátion via transferência de elétron. Foram feitos, ainda, estudos de fotólise por pulso de laser utilizando-se soluções do derivado 1 em solventes apoiares e polares. Entretanto, em nenhuma condição experimental foi possível detectar absorção transiente. / This work reports a study on the photolysis of 4-chloromethyl-6,8-dimethylazulene (1), 4-bromomethyl-6,8-dimethylazulene (2) and 4-chloromethyl-1-methyl-7-isopropylazulene (3) in polar and apolar solvents. The obtained photoproducts were analyzed and identified by gas chromatography, in comparison to authentic standards or by mass spectrometric analysis. In polar solvents, only products formed by the heterolytic cleavage of the C-X (X = Cl and Br) bond are obtained, whilst, in apolar solvents, only photoproducts originated from radical reactions are observed. The major product in apolar solvents in the photolysis of 1, in all experimental conditions, was identified as 1-chloro-4,6,8-trimethylazulene, an isomer of the reagent, whose formation is not affected by the presence of hydrogen donors. However, this isomer is not observed in polar solvents in any experimental conditions. Similar results are obtained in the photolysis of 2 and 3. These observations allowed us to formulate a general mechanism for the photolysis of the azulene derivatives studied. In apolar solvents, homolytic bond cleavage occurs leading exclusively to the formation of products originated from radical reactions. However, in polar solvents direct heterolytic bond cleavage occurs, without the involvement of an initial radical par which would lead to carbocation formation by electron transfer, in oposition to the mechanism proposed in most of the literature works. Flash photolysis studies with 1 in apolar and polar solvents were also performed. However, it was not possible to detect any transient absorption in all experimental conditions used.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The acrylamide monomer is used mainly for the production of polyacrylamides, flocculation aids used in water supply systems. While its polymeric form does not pose health risks, the World Health Organization warns of the presence of residual acrylamide in flocculants, which would be responsible for releasing this contaminant in tap water. Acrylamide is considered as probably carcinogenic to humans, and has its standard for drinking water set at 0.5 μg L -1 in Brazil and in the United States, and 0.1 μg L-1 in Europe. Given the concern of the possibility of drinking water intake with the presence of acrylamide and lack of constant monitoring of this parameter, the objective of this study was to evaluate the application of photolytic processes for degradation of acrylamide and develop analytical methodology to quantify the acrylamide levels in trait, based on the Brazilian benchmark. The study was conducted following up the following steps: (I) development of bench photolytic reactor in Engineering Laboratory of Environment - LEMA, the Federal University of Santa Maria - UFSM; (II) conducting initial tests of direct photolysis (UV) photolysis combined with hydrogen peroxide (UV / H2O2) and use of hydrogen peroxide in the built reactor; (III) acrylamide analysis of development in the range of 0.5 to 5 mg L-1 via liquid chromatography with ultraviolet detection for monitoring the degradation in Environmental Analytical Chemistry Laboratory - LQAA, from the Chemistry Institute of the Federal University of Rio Grande do Sul - IQ-UFRGS; (IV) adequacy of degradation parameters and carrying out final tests of photolysis with lamp cooled reactor and analysis of results and preparation of the degradation kinetics, the LQAA; (V) defining parameters for most appropriate method of solid phase extraction to acrylamide; and (VI) adequacy of liquid chromatography via acrylamide analysis methodology of high efficiency with ultraviolet detection for a lower concentration range and validation of the method. The results demonstrated that acrylamide is slowly degraded via direct photolysis (k = 0.0143 mg L-1 min-1) and almost instantaneously when adding hydrogen peroxide (UV/H2O2), although alone peroxide has no effect. As for the method SPE according to the literature, active carbon is the most efficient for solid concentration of acrylamide. Thus, activated carbon was used cartridge for this step to give a satisfactory recovery of 72% acrylamide. The method developed via HPLC-UV showed good results as to the validation parameters of standard solutions. Same quality was not obtained when evaluated SPE-HPLC-UV conjunction with real fortified sample, probably due to the large number of possible interferences present in drinking water, coupled with the high solubility of acrylamide and difficulty of retention. The improvement of these analytical conditions should be required to make feasible the use of this method for the analysis of drinking water. / A acrilamida é um monômero utilizado principalmente para produção de poliacrilamidas, auxiliares de floculação empregadas em sistemas de abastecimento de água. Embora sua forma polimérica não represente riscos à saúde, a Organização Mundial da Saúde alerta para a presença de residuais de acrilamida nos floculantes, o que seria responsável por liberar esse contaminante na água tratada. Acrilamida é considerada como provavelmente carcinogênica para humanos, e tem seu padrão para água potável estabelecido em 0,5 μg L-1 no Brasil e nos Estados Unidos da América, e de 0,1 μg L-1 na Europa. Diante da preocupação da possibilidade de ingestão de água potável com a presença de acrilamida e da falta de monitoramento constante desse parâmetro, o objetivo desse trabalho foi avaliar a aplicação de processos fotolíticos para degradação da acrilamida e desenvolver metodologia analítica capaz de quantificar a acrilamida em níveis traço, baseado no valor de referência brasileiro. O estudo foi realizado seguindo-se as seguintes etapas: (I) desenvolvimento de reator fotolítico de bancada no Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente - LEMA, na Universidade Federal de Santa Maria UFSM; (II) realização de testes iniciais de fotólise direta (UV), fotólise conjugada com peróxido de hidrogênio (UV/H2O2) e uso de peróxido de hidrogênio no reator construído; (III) desenvolvimento de análise de acrilamida na faixa de 0,5 a 5 mg L-1 via cromatografia a líquido com detecção por ultravioleta para acompanhamento da degradação, no Laboratório de Química Analítica Ambiental LQAA, do Instituto de Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul IQ-UFRGS; (IV) adequação dos parâmetros de degradação e realização dos testes finais de fotólise com reator de lâmpada resfriada, bem como análise dos resultados e avaliação da cinética de degradação, no LQAA; (V) definição de parâmetros para escolha do método mais adequado de extração em fase sólida para acrilamida; e (VI) adequação da metodologia de análise de acrilamida via cromatografia líquida de alta eficiência com detecção por ultravioleta para uma menor faixa de concentração e validação do método. Os resultados demonstraram que a acrilamida é lentamente degradada via fotólise direta (k = 0,0143 mg L-1 min-1) e, praticamente, de forma instantânea quando se adiciona peróxido de hidrogênio (UV/H2O2), embora, isoladamente, o peróxido não tenha qualquer efeito. Quanto ao método de EFS, de acordo com a literatura, o carvão ativo é o mais eficiente sólido para concentração de acrilamida. Assim, foi utilizado cartucho de carvão ativo para essa etapa, obtendo-se uma recuperação satisfatória de 72 % de acrilamida. O método desenvolvido via CLAE-UV demonstrou bons resultados quanto aos parâmetros de validação em soluções padrão. No entanto, os resultados não foram tão bons quando esta metodologia (EFS-CLAE-UV) foi aplicada à amostra real fortificada, provavelmente pela presença de grande quantidade de interferentes na água potável, aliada à grande solubilidade da acrilamida e dificuldade da sua retenção. A melhoria dessas condições analíticas deve ser pretendida a fim de tornar viável a utilização do método para análise de acrilamida em água potável.

É grande a preocupação quanto à presença de poluentes persistentes (POP) no ambiente aquático, devido ao potencial destes micropoluentes em afetar organismos aquáticos e a saúde humana. Dentre os POP estão os herbicidas atrazina (ATZ) e amicarbazona (AMZ), empregados no controle de ervas daninhas no cultivo de cana-de-açúcar, responsável por grande parte do consumo de herbicidas no país. O conhecimento do destino desses compostos no meio ambiente é essencial para avaliar seus potenciais impactos, embora não haja na literatura estudos detalhados relacionados a esse tema. No presente trabalho, através da combinação de resultados de experimentos realizados em simulador solar empregando matéria orgânica natural isolada, dados da literatura e simulações matemáticas, foi investigado o destino ambiental fotoquímico da AMZ, considerando as características de corpos d\'águas brasileiros. Analogamente e para fins de comparação, simulou-se o destino ambiental fotoquímico da ATZ com base em informações da literatura. Os resultados das simulações indicaram que a matéria orgânica dissolvida e a profundidade da coluna d\'água são as variáveis que mais influenciam na persistência dos dois herbicidas. O tempo de meiavida pode chegar a aproximadamente 2 meses e 1 ano, para AMZ e ATZ, respectivamente. Assim como é importante o entendimento do destino ambiental dos POP, também é essencial a investigação de processos avançados de oxidação desses poluentes, muitos dos quais são fotoirradiados. Procurando contribuir nesse sentido, neste trabalho estudou-se a fotólise da ATZ sob radiação UV em 254 nm, considerando os efeitos da taxa específica de emissão de fótons e da concentração inicial do herbicida. Procurou-se investigar detalhadamente o papel de espécies reativas de oxigênio (ROS) neste processo, resultados até então não discutidos na literatura. Além disso, os resultados obtidos para ATZ foram comparados aos disponíveis na literatura para AMZ. A degradação dos dois herbicidas diminui com o aumento da concentração inicial dos herbicidas, seguindo decaimento de pseudo primeira-ordem e aumentando com a taxa de emissão de fótons. Os resultados sugerem a formação de produtos persistentes e as ROS foram apontadas como atores importantes durante a degradação fotolítica dos herbicidas. / The presence of Persistent Organic Pollutants (POP) in aquatic environment is a subject of great concern, especially due to their capacity to affect not only aquatic organisms but also the human health. Herbicides as atrazine (ATZ) and amicarbazone (AMZ) are also classified as POP and are widely applied to control weeds on sugarcane cultivations, which are responsible for the increased consumption of herbicides in Brazil. The knowledge regarding the fate of these compounds once released into the environment represents an important issue and is also a type of information usually lacking in the available literature. Through the use of results obtained in experiments performed with a solar simulator, literature data, and mathematical simulations, the photochemical destination of AMZ in the environment was studied considering the characteristics of Brazilian surface water bodies. For purposes of comparison, the environmental destination of ATZ was also simulated. The results indicate that the dissolved organic matter and the depth of the water column are the most influential variables in the environmental persistence of these pesticides. Their half-life may extend up to 2 months to a year, for AMZ and ATZ, respectively. Besides the environmental fate, this investigation also aims to shine a light on the degradation of these contaminants in irradiated advanced oxidation processes. Accordingly, ATZ photolysis through the use of UV radiation (254 nm) was studied, whilst taking into consideration both the herbicide initial concentration and the specific photon emission rate. Another important contribution of this study is the investigation of the role of reactive oxygen species (ROS) in photolytic processes, a subject not usually discussed in the literature. In addition, a crossed-reference analysis between the results obtained for ATZ and those available in the literature for AMZ is presented. The degradation of both herbicides diminishes with the increase in their initial concentration and follows a pseudo first-order decay, increasing with the photon emission rate. Moreover, the results indicate that the formation of persistent degradation products does occur and that ROS play a crucial role in photolytic herbicide degradation.

É grande a preocupação quanto à presença de poluentes persistentes (POP) no ambiente aquático, devido ao potencial destes micropoluentes em afetar organismos aquáticos e a saúde humana. Dentre os POP estão os herbicidas atrazina (ATZ) e amicarbazona (AMZ), empregados no controle de ervas daninhas no cultivo de cana-de-açúcar, responsável por grande parte do consumo de herbicidas no país. O conhecimento do destino desses compostos no meio ambiente é essencial para avaliar seus potenciais impactos, embora não haja na literatura estudos detalhados relacionados a esse tema. No presente trabalho, através da combinação de resultados de experimentos realizados em simulador solar empregando matéria orgânica natural isolada, dados da literatura e simulações matemáticas, foi investigado o destino ambiental fotoquímico da AMZ, considerando as características de corpos d\'águas brasileiros. Analogamente e para fins de comparação, simulou-se o destino ambiental fotoquímico da ATZ com base em informações da literatura. Os resultados das simulações indicaram que a matéria orgânica dissolvida e a profundidade da coluna d\'água são as variáveis que mais influenciam na persistência dos dois herbicidas. O tempo de meiavida pode chegar a aproximadamente 2 meses e 1 ano, para AMZ e ATZ, respectivamente. Assim como é importante o entendimento do destino ambiental dos POP, também é essencial a investigação de processos avançados de oxidação desses poluentes, muitos dos quais são fotoirradiados. Procurando contribuir nesse sentido, neste trabalho estudou-se a fotólise da ATZ sob radiação UV em 254 nm, considerando os efeitos da taxa específica de emissão de fótons e da concentração inicial do herbicida. Procurou-se investigar detalhadamente o papel de espécies reativas de oxigênio (ROS) neste processo, resultados até então não discutidos na literatura. Além disso, os resultados obtidos para ATZ foram comparados aos disponíveis na literatura para AMZ. A degradação dos dois herbicidas diminui com o aumento da concentração inicial dos herbicidas, seguindo decaimento de pseudo primeira-ordem e aumentando com a taxa de emissão de fótons. Os resultados sugerem a formação de produtos persistentes e as ROS foram apontadas como atores importantes durante a degradação fotolítica dos herbicidas. / The presence of Persistent Organic Pollutants (POP) in aquatic environment is a subject of great concern, especially due to their capacity to affect not only aquatic organisms but also the human health. Herbicides as atrazine (ATZ) and amicarbazone (AMZ) are also classified as POP and are widely applied to control weeds on sugarcane cultivations, which are responsible for the increased consumption of herbicides in Brazil. The knowledge regarding the fate of these compounds once released into the environment represents an important issue and is also a type of information usually lacking in the available literature. Through the use of results obtained in experiments performed with a solar simulator, literature data, and mathematical simulations, the photochemical destination of AMZ in the environment was studied considering the characteristics of Brazilian surface water bodies. For purposes of comparison, the environmental destination of ATZ was also simulated. The results indicate that the dissolved organic matter and the depth of the water column are the most influential variables in the environmental persistence of these pesticides. Their half-life may extend up to 2 months to a year, for AMZ and ATZ, respectively. Besides the environmental fate, this investigation also aims to shine a light on the degradation of these contaminants in irradiated advanced oxidation processes. Accordingly, ATZ photolysis through the use of UV radiation (254 nm) was studied, whilst taking into consideration both the herbicide initial concentration and the specific photon emission rate. Another important contribution of this study is the investigation of the role of reactive oxygen species (ROS) in photolytic processes, a subject not usually discussed in the literature. In addition, a crossed-reference analysis between the results obtained for ATZ and those available in the literature for AMZ is presented. The degradation of both herbicides diminishes with the increase in their initial concentration and follows a pseudo first-order decay, increasing with the photon emission rate. Moreover, the results indicate that the formation of persistent degradation products does occur and that ROS play a crucial role in photolytic herbicide degradation.

A presença de antibióticos no ecossistema representa um sério risco à saúde humana e animal em virtude do desenvolvimento crescente de resistência bacteriana. Uma vez que a maioria dos antibióticos é persistente à degradação biológica, os processos oxidativos avançados são apontados como uma das tecnologias mais efetivas para decompor esses compostos em águas residuárias. A bacitracina zíncica (Bc-Zn) é um potente antibiótico constituído por uma mistura complexa de peptídeos não-biodegradáveis, conjugados ao zinco. Apesar de ser um antibiótico amplamente consumido na medicina humana e animal, é preocupante a escassez de estudos que investigam sua degradação e destino ambiental. O presente trabalho analisou a degradação da Bc-Zn através dos processos de fotólise direta e UV/H2O2 em diferentes condições de radiação UVC e concentração inicial de H2O2. Os parâmetros cinéticos rendimento quântico da fotólise, constantes cinéticas de pseudo-primeira ordem e constante cinéticas de segunda ordem foram satisfatoriamente estimados pela modelagem do sistema fotoquímico experimental. Os resultados revelaram que a fotólise direta permitiu degradar todos os congêneres da mistura de Bc-Zn nas maiores doses de radiação UVC empregadas. No entanto, não houve remoção de TOC após 120 minutos de irradiação. A adição de H2O2 acelerou substancialmente a fotodegradação do antibiótico, apresentando constantes cinéticas de pseudo-primeira ordem uma ordem de grandeza superiores às obtidas por fotólise direta. Além disso, remoção considerável de até 71% do TOC foi alcançada. A análise estatística demonstrou que a radiação UV foi um fator bem mais significativo para a fotodegradação da Bc-Zn em relação à concentração inicial de H2O2, sendo as melhores condições do processo alcançadas para a maior taxa específica de emissão de fótons (1,11×10-5 Einstein L-1 s-1). Ensaios biológicos com soluções tratadas por fotólise direta e UV/H2O2 indicaram remoção completa da atividade antimicrobiana residual, ainda que os produtos da fotodegradação tenham se mostrado não-biodegradáveis. Análises de toxicidade indicaram que o metal zinco presente no antibiótico é responsável pela a toxicidade no micro-organismo-teste Vibrio fischeri. Estudos adicionais devem ser realizados para identificar os sub-produtos formados, bem como para investigar a degradação da Bc-Zn em efluentes industriais reais. / The presence of antibiotics in ecosystems represents a serious risk to human and animal health, caused by the increase in bacterial resistance. Since most antibiotics resist to biological degradation, advanced oxidation processes are pointed out as the most effective technologies for degrading these compounds in wastewater. Zinc bacitracin (Bc-Zn) is a potent antibiotic with a complex mixture of non-biodegradable peptides conjugated to zinc. Despite being a widely used antibiotic in human and animal medicine, the scarcity of studies dealing with its degradation and environmental fate is a matter of concern. In this work, Bc-Zn degradation by direct photolysis and the UV/H2O2 process was investigated for different UVC radiation conditions and initial H2O2 concentrations. Kinetic parameters, namely the photolysis quantum yield, pseudo-first order kinetic constants and second-order kinetic constants, were satisfactorily estimated from experimental data by modeling the photochemical system. The results showed that all the congeners of the Bc-Zn mixture were photolyzed at the highest UVC doses applied, while no TOC removal was observed after 120 minutes of irradiation. The addition of H2O2 substantially accelerated Bc-Zn photodegradation, with pseudo-first order kinetic constants of one order of magnitude higher than those observed under direct photolysis. In addition, a remarkable removal of up to 71% of TOC was achieved. Statistical analyses showed that UV radiation had a much more important effect on Bc-Zn photodegradation in comparison with initial H2O2 concentration, with the best process conditions achieved for the highest specific photon emission rate (1.11×10-5 Einstein L-1 s-1). Biological assays carried out with the solutions treated by direct photolysis and UV/H2O2 revealed no residual antimicrobial activity, though photodegradation products remained non-biodegradable. In addition, toxicity analyses indicated that the zinc metal present in the antibiotic is responsible for the toxic effect on the test microorganism Vibrio fischeri. Finally, further studies should be performed to identify the by-products formed and to investigate Bc-Zn degradation in real industrial wastewater.

A presença de antibióticos no ecossistema representa um sério risco à saúde humana e animal em virtude do desenvolvimento crescente de resistência bacteriana. Uma vez que a maioria dos antibióticos é persistente à degradação biológica, os processos oxidativos avançados são apontados como uma das tecnologias mais efetivas para decompor esses compostos em águas residuárias. A bacitracina zíncica (Bc-Zn) é um potente antibiótico constituído por uma mistura complexa de peptídeos não-biodegradáveis, conjugados ao zinco. Apesar de ser um antibiótico amplamente consumido na medicina humana e animal, é preocupante a escassez de estudos que investigam sua degradação e destino ambiental. O presente trabalho analisou a degradação da Bc-Zn através dos processos de fotólise direta e UV/H2O2 em diferentes condições de radiação UVC e concentração inicial de H2O2. Os parâmetros cinéticos rendimento quântico da fotólise, constantes cinéticas de pseudo-primeira ordem e constante cinéticas de segunda ordem foram satisfatoriamente estimados pela modelagem do sistema fotoquímico experimental. Os resultados revelaram que a fotólise direta permitiu degradar todos os congêneres da mistura de Bc-Zn nas maiores doses de radiação UVC empregadas. No entanto, não houve remoção de TOC após 120 minutos de irradiação. A adição de H2O2 acelerou substancialmente a fotodegradação do antibiótico, apresentando constantes cinéticas de pseudo-primeira ordem uma ordem de grandeza superiores às obtidas por fotólise direta. Além disso, remoção considerável de até 71% do TOC foi alcançada. A análise estatística demonstrou que a radiação UV foi um fator bem mais significativo para a fotodegradação da Bc-Zn em relação à concentração inicial de H2O2, sendo as melhores condições do processo alcançadas para a maior taxa específica de emissão de fótons (1,11×10-5 Einstein L-1 s-1). Ensaios biológicos com soluções tratadas por fotólise direta e UV/H2O2 indicaram remoção completa da atividade antimicrobiana residual, ainda que os produtos da fotodegradação tenham se mostrado não-biodegradáveis. Análises de toxicidade indicaram que o metal zinco presente no antibiótico é responsável pela a toxicidade no micro-organismo-teste Vibrio fischeri. Estudos adicionais devem ser realizados para identificar os sub-produtos formados, bem como para investigar a degradação da Bc-Zn em efluentes industriais reais. / The presence of antibiotics in ecosystems represents a serious risk to human and animal health, caused by the increase in bacterial resistance. Since most antibiotics resist to biological degradation, advanced oxidation processes are pointed out as the most effective technologies for degrading these compounds in wastewater. Zinc bacitracin (Bc-Zn) is a potent antibiotic with a complex mixture of non-biodegradable peptides conjugated to zinc. Despite being a widely used antibiotic in human and animal medicine, the scarcity of studies dealing with its degradation and environmental fate is a matter of concern. In this work, Bc-Zn degradation by direct photolysis and the UV/H2O2 process was investigated for different UVC radiation conditions and initial H2O2 concentrations. Kinetic parameters, namely the photolysis quantum yield, pseudo-first order kinetic constants and second-order kinetic constants, were satisfactorily estimated from experimental data by modeling the photochemical system. The results showed that all the congeners of the Bc-Zn mixture were photolyzed at the highest UVC doses applied, while no TOC removal was observed after 120 minutes of irradiation. The addition of H2O2 substantially accelerated Bc-Zn photodegradation, with pseudo-first order kinetic constants of one order of magnitude higher than those observed under direct photolysis. In addition, a remarkable removal of up to 71% of TOC was achieved. Statistical analyses showed that UV radiation had a much more important effect on Bc-Zn photodegradation in comparison with initial H2O2 concentration, with the best process conditions achieved for the highest specific photon emission rate (1.11×10-5 Einstein L-1 s-1). Biological assays carried out with the solutions treated by direct photolysis and UV/H2O2 revealed no residual antimicrobial activity, though photodegradation products remained non-biodegradable. In addition, toxicity analyses indicated that the zinc metal present in the antibiotic is responsible for the toxic effect on the test microorganism Vibrio fischeri. Finally, further studies should be performed to identify the by-products formed and to investigate Bc-Zn degradation in real industrial wastewater.

Ao ser excitado do estado fundamental para o estado singlete excitado, o Pka do equilíbrio ácido-base das antocianinas apresenta um deslocamento de ca. 4 para ca. -1. Esta característica de superfotoácido, aliado à técnica de fotólise por pulso de laser, permite a perturbação da posição do equilíbrio ácido-base no estado fundamental. O acompanhamento da cinética de reestabelecimento do equilíbrio inicial, existente antes do pulso do laser, permite a determinação das constantes de desprotonação kd e protonação kp no estado fundamental. Este método foi aplicado para a determinação das constantes de protonação e desprotonação das seguintes antocianinas sintéticas e naturais: 4-metil-7-hidroxiflavílio (HMF), 4\', 7-dihidroxiflavílio (DHF), malvidina-3-glucosídeo (Oenina), malvidina-3,5-diglucosídeo (Malvina), pelargonidina-3,5-diglucosídeo (Pelargonina) e cianidina-3 ,5-diglucosídeo (Cianina). Assim, as constantes de desprotonação do estado fundamental são: kd = 1,4 x 106 s-1 (HMF), 3,1 x 106 s-1 (DHF), 5, 1 x 106 s-1 (Oenina), 3,8 x 106 s-1 (Malvina), 1,3 x 106 s-1 (Pelargonina) e 1,8 x 106 s-1 (Cianina). As constantes de protonação do estado fundamental são:kp = 3,56 x 1010 L mol-1 s-1 (HMF), 3,06 x 1010 L mol-1s-1 (DHF), 2,51 x 1010 L mol-1s-1 (Oenina), 2,9 x 1010 L mol-1s-1 (Malvina), 3,6 x 1010 L mol-1s-1 (Pelargonina) e 2,2 x 1010 L mol-1s-1 (Cianina). Nosso método é a única técnica que permite a determinação direta destas constantes. Este método também permite a determinação de kd e kp em meios micro-heterogêneos. Através de medidas de kd , foi possível provar que ocorre a estabilização do cátion flavílio de HMF em micelas aniônicas de SOS (dodecilsulfato de sódio). Em micelas não iônicas e catiônicas, por outro lado, ocorre a desestabilização do cátion flavílio, que se manifesta através do aparecimento de reatividade ausente em solução aquosa. Os resultados da aplicação deste método revelam ainda que o principal processo de dissipação da energia da luz, absorvida pelas antocianinas, é a transferência de próton no estado excitado e não a fluorescência. / Upon excitation from the ground state to the first excited singlet state, the pKa of the acid-base equilibrium of anthocyanins exhibits a large shift, from ca. 4 to ca. -1. This characteristic of super-photoacidity, coupled with the technique of laser flash photolysis, can be employed to perturb the position of the acid-base equilibrium in the ground state. Monitoring the kinetics of relaxation back to the initial equilibrium position that existed prior to the laser pulse permits determination of the rate constants for protonation (kp) and deprotonation (kd) in the ground state. This method was applied to the following natural and synthetic anthocyanins: 4-methyl-7-hydroxyflavylium (HMF); 4\', 7-dihydroxyflavylium (DHF); malvidine-3-glucoside (Oenin); malvidine-3,5-diglucoside (Malvin); Pelargonidine-3,5-diglucoside (Pelargonin); and. cyanidine-3,5-diglucoside (Cyanin). Thus, the ground state deprotonation rate constants (kd) for the acid form were found to be: 1.4 x 106 s-1 (HMF); 3.1 x 106 s-1 (DHF); 5.1 x 106 s-1 (Oenin); 3.8 x 106 s-1 (Malvin); 1.3 x 106 s-1 (Pelargonin); 1.8 x 106 s-1 (Cyanin). The corresponding rate constants for protonation of the ground state of the base (kp) were: 3.6 x 1010 M-1s-1 (HMF); 3.1 x 1010 M-1s-1 (DHF); 2.5 x 1010 M-1s-1 (Oenin); 2.9 x 1010M-1s-1 (Malvin); 3.6 x 1010 M-1s-1 (Pelargonin); 2.2 x 1010 s-1 (Cyanin). Our method is currently the only one that permits direct determination of these rate constants. This method also allows the determination of kpand kd in microheterogeneous media. Thus, employing measurements of kd, it was possible to demonstrate that anionic SDS (sodium dodecyl sulfate) micelles stabilize the flavylium cation form of HMF. In cationic and nonionic micelles, however, the flavylium cation is destabilized, which manifests itself via the appearance of reactivity that is absent in aqueous solution in the absence of these surfactants. Finally, the results of the application of this method show that the primary energy wasting process for radiant energy absorbed by anthocyanins is excited state proton transfer rather than fluorescence.