Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elementos pre textuais.pdf: 126219 bytes, checksum: a4c1ca3bb1afd43046bbfa4177592e32 (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / There is a considerable interest in the synthesis of water soluble porphyrins due to its use as models of biological systems, as drugs and as homogeneous catalysts in aqueous media. Within this context, this work describes the synthesis of meso-tetraphenylporphyrins with reactive groups on the meso-phenyl ring to generate trimethylarylammonium salts derivatives, resulting in cationic porphyrins with hydrophilic character. Thus, it was obtained iodide salts of 4-TMA-TPP 13 by the complete alkylation of 4-DMA-TPP 15 (91% yield), and 4-NH2-TPP 12 using 2,6-lutidine (69% yield). The synthesis of porphyrins 2-NO2-TPP 16, 2-NH2-TPP 17, 4-NO2-TPP 14, 4-NH2-TPP 12 and 4-DMA-TPP 15 were also studied. The methods described in the literature for the synthesis of 2-NO2-TPP 16 and 4-NO2-TPP 14 were optimized, and the yield (40%) of for 2-NO2-TPP 16 was higher than those reported in the literature (5% overall yield). Porphyrins 17 and 12 were obtained by reduction of 16 and 14, respectively, using concentrated hydrochloric acid and tin (II) chloride dihydrate, without requiring an inert atmosphere. The method was improved, thus facilitating the isolation and purification steps. The synthesis of 4-DMA-TPP 15 was performed using both Adler-Longo method (5% yield) and a modification of Adler’s method, using 1:1 mixture of propionic and octanoic acids (7,0% yield). The porphyrins were fully characterized by infrared, UV-Vis and RMN spectroscopies. All the spectral data were consistent with those reported in the literature. / Há considerável interesse na síntese de porfirinas aquossolúveis devido à possibilidade de usá-las como modelos de sistemas biológicos, como drogas e como catalisadores homogêneos em meio aquoso. Dentro deste contexto, este trabalho descreve a síntese de meso-tetrafenilporfirinas com substituintes reativos no anel meso-fenila para obtenção de derivado porfirínico catiônico, resultando em porfirinas com caráter hidrofílico. Assim, obtivemos sais de iodeto de 4-TMA-TPP 13 a partir da metilação de 4-DMA-TPP 15, com rendimento de 91%, e a partir da metilação de 4-NH2-TPP 12, usando 2,6-lutidina, com rendimento de 69%. A reação de obtenção das porfirinas 2-NO2-TPP 16, 2-NH2-TPP 17, 4-NO2-TPP 14, 4-NH2-TPP 12 e 4-DMA-TPP 15 também foram estudadas. Os métodos descritos na literatura para a síntese da 2-NO2-TPP 16 e 4-NO2-TPP 14 foram alterados para facilitar e otimizar as etapas de isolamento e purificação. Para a 2-NO2-TPP 16 obteve-se rendimento de 40%, superior aos 5% descritos em literatura. As amino-porfirinas 17 e 12 foram obtidas por redução de 14 e 16, respectivamente, utilizando-se ácido clorídrico concentrado e cloreto de estanho (II) dihidratado e, sem a necessidade de atmosfera inerte. O método foi assim simplificado, facilitando as etapas de isolamento e purificação. A síntese da 4-DMA-TPP 15 foi a partir do método Adler-Longo, com rendimento de 5,0%, e a partir do método de Adler-Longo modificado em que utilizou-se como solvente uma mistura 1:1 de ácido propanóico e octanóico, com rendimento de 7,0%. As porfirinas sintetizadas foram caracterizadas por espectrometria na região do infravermelho (IV), do ultravioleta e visível (UV-Vis) e por ressonância magnética nuclear (RMN) de H1 e C13. Os dados espectrais obtidos estão de acordo com os descritos na literatura.

Utilizando simulação de dinâmica molecular estudamos as propriedades termodin âmicas da água em um sistema com macromoléculas hidrofóbicas e hidrofílicas. Em um primeiro momento utilizamos um sistema com uma proteína imersa em água. Os dois modelos atomísticos utilizados foram o modelo SPC/E e o modelo TIP4P-2005 e a proteína utilizada foi a toxina oriunda do escorpião brasileiro, TS-Kappa. Observamos para o sistema bulk e para o sistema com a proteína hidratada um máximo valor de densidade. Porém, analisando a densidade próximo à superfície da proteína, o comportamento anômalo não está mais presente. Para baixas temperaturas densidade da água próximo à proteína é maior do que no bulk. Nossos resultados mostram que o número de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água na camada de hidratação da proteína, é menor que o número de ligações de hidrogênio para o sistema puro. A água na primeira camada de hidratação conecta-se com a superfície da proteína, além de ligar-se com outras moléculas de água vizinhas. medida que a temperatura diminui as moléculas de água tornam-se mais estruturadas próximo à região hidrofílica, e a densidade da água nessa região é maior do que a densidade da água na região hidrofóbica. Os resultados para a difusão nos mostram que a água diminui sua mobilidade na superfície da proteína, indicando uma maior conexão com sua superfície. Com o objetivo de estudar o comportamento da água em um sistema com interações hidrofílicas e hidrofóbicas, usamos um modelo mínimo com duas placas paralelas imersas em um uido do tipo-água. Nossos resultados indicam que a densidade da água aumenta com a diminuição da temperatura e a água torna-se mais estruturada a medida que a temperatura diminui. / Using a molecular dynamics simulation we studied the thermodynamic properties of water in a system with a hydrophilic and hydrophobic macromolecule. At rst, we used a system with a protein immersed in water. The models used were the SPC/E and the TIP4P-2005 water model and the chosen protein was the Brazilian scorpion toxin TS-Kappa. For bulk system and the protein hydrated system, the maximum value of density is present. However, the density of water near to the protein surface, the anomalous behavior is no longer veri ed. At lower temperatures the density of water near to protein surface is higher than the bulk. Our results show that the number of hydrogen bonds between water molecules in the hydration shell is lower than the number of hydrogen bonds in bulk water. The water in the rst hydration shell connect with the hydrophilic protein surface besides the hydrogen bonds with other water molecules. As the temperature is decreased the water is more structured near the hydrophilic amino acid and the density in this region is higher than the density of water in the hydrophobic region. The di usion values of water shows that hydration water is more connected with the protein surface, so the di usion coe cient decreases in this region. In order to investigate the behavior of water in a hydrophobic and a hydrophilic system, we used a simple model of parallel plates immersed in a water-like uid. Our results suggests the density of water increases with the decrease of temperature and the water is more structured as the temperatures is decreased.

Neste trabalho propomos uma investigação através de simulações de dinâmica molecular da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas, tanto dentro de nanotubos funcionalizados quanto em membranas bi-dimensionais para dessalinização. No caso da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas de nanotubos nós encontramos uma quebra na relação de Stokes-Einstein para a difusão e a viscosidade da água. Essa quebra ocorre para os menores nanotubos − em que pelo menos duas camadas de água formam-se, condição para deslizamento de camadas necessária para o cálculo da viscosidade. O mecanismo por trás deste comportamento é ditado pela estrutura da água confinada. Esse resultado indica que algumas das características observadas para a água dentro de nanotubos hidrofóbicos, como nanotubos de carbono na natureza, são únicas. Encontramos uma grande dependência da dinâmica e estrutura da água confinada com as características polares do nanotubo, principalmente para nanotubos com diâmetros menores que 1 nm. Ao variarmos a temperatura do sistema, observamos ainda uma forte dependência da estruturação das moléculas de água com a temperatura, a ponto de apresentar transições entre estados mais e menos ocupados Nossos resultados de dinâmica molecular também mostram que membranas contendo nanoporos com sítios hidrofílicos entre regiões hidrofóbicas podem apresentar grande fluxo de água e reduzido transporte de íons, o que torna esses materiais excelentes candidatos para sistemas de dessalinização e limpeza de metais pesados. Ao acrescentarmos um químico floculante (cloreto de ferro) à água salgada, encontramos resultados ainda melhores para a rejeição de sal pelas membranas nanoporosas. Todos esses resultados demonstram a importância do estudo das propriedades hidrofóbicas e hidrofílicas em interfaces aquosas. Em todos os casos, encontramos uma dependência inerente das propriedades de transporte da água com a característica polar da superfície de contato. / In this work we have proposed an investigation through molecular dynamics (MD) simulations of the water behavior at hydrophobic and hydrophilic surfaces in both functionalyzed nanotubes and two-dimensional nanpores. In the case of water at hydrophobic and hydrophilic nanotube surfaces, we have found a breakdown of the Stokes-Einstein relation for diffusion and viscosity of water confined in narrow hydrophobic nanopores. The mechanism underlying this behavior is dictated by the structure of water under confinement. This result indicates that some of the features observed for water inside hydrophobic carbon nanotubes cannot be observed in other nanopores. We have also found an important dependence of the water dynamics with the polar character of the nanotube, mostly for small diameters. By varying the temperature, both the dynamics and the water structuration are affected, presenting transitions between dense-packed and low-density states. Our results also shows that nanoporous membranes, with hydrophilic sites sandwiched between hydrophobic regions, can present an important flux of water molecules and reduced ion transportation, making these structures promising for desalination processes. By adding a flocculant ingredient (ferric chloride) to the salt water, we found even larger ion rejection rates. All the results point out the importance of studying hydrophilic and hydrophobic interfaces for water transport. In all the cases, we have found an ubiquitous dependence of water dynamic properties on the surface polarity.

Neste trabalho propomos uma investigação através de simulações de dinâmica molecular da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas, tanto dentro de nanotubos funcionalizados quanto em membranas bi-dimensionais para dessalinização. No caso da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas de nanotubos nós encontramos uma quebra na relação de Stokes-Einstein para a difusão e a viscosidade da água. Essa quebra ocorre para os menores nanotubos − em que pelo menos duas camadas de água formam-se, condição para deslizamento de camadas necessária para o cálculo da viscosidade. O mecanismo por trás deste comportamento é ditado pela estrutura da água confinada. Esse resultado indica que algumas das características observadas para a água dentro de nanotubos hidrofóbicos, como nanotubos de carbono na natureza, são únicas. Encontramos uma grande dependência da dinâmica e estrutura da água confinada com as características polares do nanotubo, principalmente para nanotubos com diâmetros menores que 1 nm. Ao variarmos a temperatura do sistema, observamos ainda uma forte dependência da estruturação das moléculas de água com a temperatura, a ponto de apresentar transições entre estados mais e menos ocupados Nossos resultados de dinâmica molecular também mostram que membranas contendo nanoporos com sítios hidrofílicos entre regiões hidrofóbicas podem apresentar grande fluxo de água e reduzido transporte de íons, o que torna esses materiais excelentes candidatos para sistemas de dessalinização e limpeza de metais pesados. Ao acrescentarmos um químico floculante (cloreto de ferro) à água salgada, encontramos resultados ainda melhores para a rejeição de sal pelas membranas nanoporosas. Todos esses resultados demonstram a importância do estudo das propriedades hidrofóbicas e hidrofílicas em interfaces aquosas. Em todos os casos, encontramos uma dependência inerente das propriedades de transporte da água com a característica polar da superfície de contato. / In this work we have proposed an investigation through molecular dynamics (MD) simulations of the water behavior at hydrophobic and hydrophilic surfaces in both functionalyzed nanotubes and two-dimensional nanpores. In the case of water at hydrophobic and hydrophilic nanotube surfaces, we have found a breakdown of the Stokes-Einstein relation for diffusion and viscosity of water confined in narrow hydrophobic nanopores. The mechanism underlying this behavior is dictated by the structure of water under confinement. This result indicates that some of the features observed for water inside hydrophobic carbon nanotubes cannot be observed in other nanopores. We have also found an important dependence of the water dynamics with the polar character of the nanotube, mostly for small diameters. By varying the temperature, both the dynamics and the water structuration are affected, presenting transitions between dense-packed and low-density states. Our results also shows that nanoporous membranes, with hydrophilic sites sandwiched between hydrophobic regions, can present an important flux of water molecules and reduced ion transportation, making these structures promising for desalination processes. By adding a flocculant ingredient (ferric chloride) to the salt water, we found even larger ion rejection rates. All the results point out the importance of studying hydrophilic and hydrophobic interfaces for water transport. In all the cases, we have found an ubiquitous dependence of water dynamic properties on the surface polarity.

Utilizando simulação de dinâmica molecular estudamos as propriedades termodin âmicas da água em um sistema com macromoléculas hidrofóbicas e hidrofílicas. Em um primeiro momento utilizamos um sistema com uma proteína imersa em água. Os dois modelos atomísticos utilizados foram o modelo SPC/E e o modelo TIP4P-2005 e a proteína utilizada foi a toxina oriunda do escorpião brasileiro, TS-Kappa. Observamos para o sistema bulk e para o sistema com a proteína hidratada um máximo valor de densidade. Porém, analisando a densidade próximo à superfície da proteína, o comportamento anômalo não está mais presente. Para baixas temperaturas densidade da água próximo à proteína é maior do que no bulk. Nossos resultados mostram que o número de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água na camada de hidratação da proteína, é menor que o número de ligações de hidrogênio para o sistema puro. A água na primeira camada de hidratação conecta-se com a superfície da proteína, além de ligar-se com outras moléculas de água vizinhas. medida que a temperatura diminui as moléculas de água tornam-se mais estruturadas próximo à região hidrofílica, e a densidade da água nessa região é maior do que a densidade da água na região hidrofóbica. Os resultados para a difusão nos mostram que a água diminui sua mobilidade na superfície da proteína, indicando uma maior conexão com sua superfície. Com o objetivo de estudar o comportamento da água em um sistema com interações hidrofílicas e hidrofóbicas, usamos um modelo mínimo com duas placas paralelas imersas em um uido do tipo-água. Nossos resultados indicam que a densidade da água aumenta com a diminuição da temperatura e a água torna-se mais estruturada a medida que a temperatura diminui. / Using a molecular dynamics simulation we studied the thermodynamic properties of water in a system with a hydrophilic and hydrophobic macromolecule. At rst, we used a system with a protein immersed in water. The models used were the SPC/E and the TIP4P-2005 water model and the chosen protein was the Brazilian scorpion toxin TS-Kappa. For bulk system and the protein hydrated system, the maximum value of density is present. However, the density of water near to the protein surface, the anomalous behavior is no longer veri ed. At lower temperatures the density of water near to protein surface is higher than the bulk. Our results show that the number of hydrogen bonds between water molecules in the hydration shell is lower than the number of hydrogen bonds in bulk water. The water in the rst hydration shell connect with the hydrophilic protein surface besides the hydrogen bonds with other water molecules. As the temperature is decreased the water is more structured near the hydrophilic amino acid and the density in this region is higher than the density of water in the hydrophobic region. The di usion values of water shows that hydration water is more connected with the protein surface, so the di usion coe cient decreases in this region. In order to investigate the behavior of water in a hydrophobic and a hydrophilic system, we used a simple model of parallel plates immersed in a water-like uid. Our results suggests the density of water increases with the decrease of temperature and the water is more structured as the temperatures is decreased.

Utilizando simulação de dinâmica molecular estudamos as propriedades termodin âmicas da água em um sistema com macromoléculas hidrofóbicas e hidrofílicas. Em um primeiro momento utilizamos um sistema com uma proteína imersa em água. Os dois modelos atomísticos utilizados foram o modelo SPC/E e o modelo TIP4P-2005 e a proteína utilizada foi a toxina oriunda do escorpião brasileiro, TS-Kappa. Observamos para o sistema bulk e para o sistema com a proteína hidratada um máximo valor de densidade. Porém, analisando a densidade próximo à superfície da proteína, o comportamento anômalo não está mais presente. Para baixas temperaturas densidade da água próximo à proteína é maior do que no bulk. Nossos resultados mostram que o número de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água na camada de hidratação da proteína, é menor que o número de ligações de hidrogênio para o sistema puro. A água na primeira camada de hidratação conecta-se com a superfície da proteína, além de ligar-se com outras moléculas de água vizinhas. medida que a temperatura diminui as moléculas de água tornam-se mais estruturadas próximo à região hidrofílica, e a densidade da água nessa região é maior do que a densidade da água na região hidrofóbica. Os resultados para a difusão nos mostram que a água diminui sua mobilidade na superfície da proteína, indicando uma maior conexão com sua superfície. Com o objetivo de estudar o comportamento da água em um sistema com interações hidrofílicas e hidrofóbicas, usamos um modelo mínimo com duas placas paralelas imersas em um uido do tipo-água. Nossos resultados indicam que a densidade da água aumenta com a diminuição da temperatura e a água torna-se mais estruturada a medida que a temperatura diminui. / Using a molecular dynamics simulation we studied the thermodynamic properties of water in a system with a hydrophilic and hydrophobic macromolecule. At rst, we used a system with a protein immersed in water. The models used were the SPC/E and the TIP4P-2005 water model and the chosen protein was the Brazilian scorpion toxin TS-Kappa. For bulk system and the protein hydrated system, the maximum value of density is present. However, the density of water near to the protein surface, the anomalous behavior is no longer veri ed. At lower temperatures the density of water near to protein surface is higher than the bulk. Our results show that the number of hydrogen bonds between water molecules in the hydration shell is lower than the number of hydrogen bonds in bulk water. The water in the rst hydration shell connect with the hydrophilic protein surface besides the hydrogen bonds with other water molecules. As the temperature is decreased the water is more structured near the hydrophilic amino acid and the density in this region is higher than the density of water in the hydrophobic region. The di usion values of water shows that hydration water is more connected with the protein surface, so the di usion coe cient decreases in this region. In order to investigate the behavior of water in a hydrophobic and a hydrophilic system, we used a simple model of parallel plates immersed in a water-like uid. Our results suggests the density of water increases with the decrease of temperature and the water is more structured as the temperatures is decreased.

Neste trabalho propomos uma investigação através de simulações de dinâmica molecular da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas, tanto dentro de nanotubos funcionalizados quanto em membranas bi-dimensionais para dessalinização. No caso da água em contato com superfícies hidrofóbicas e hidrofílicas de nanotubos nós encontramos uma quebra na relação de Stokes-Einstein para a difusão e a viscosidade da água. Essa quebra ocorre para os menores nanotubos − em que pelo menos duas camadas de água formam-se, condição para deslizamento de camadas necessária para o cálculo da viscosidade. O mecanismo por trás deste comportamento é ditado pela estrutura da água confinada. Esse resultado indica que algumas das características observadas para a água dentro de nanotubos hidrofóbicos, como nanotubos de carbono na natureza, são únicas. Encontramos uma grande dependência da dinâmica e estrutura da água confinada com as características polares do nanotubo, principalmente para nanotubos com diâmetros menores que 1 nm. Ao variarmos a temperatura do sistema, observamos ainda uma forte dependência da estruturação das moléculas de água com a temperatura, a ponto de apresentar transições entre estados mais e menos ocupados Nossos resultados de dinâmica molecular também mostram que membranas contendo nanoporos com sítios hidrofílicos entre regiões hidrofóbicas podem apresentar grande fluxo de água e reduzido transporte de íons, o que torna esses materiais excelentes candidatos para sistemas de dessalinização e limpeza de metais pesados. Ao acrescentarmos um químico floculante (cloreto de ferro) à água salgada, encontramos resultados ainda melhores para a rejeição de sal pelas membranas nanoporosas. Todos esses resultados demonstram a importância do estudo das propriedades hidrofóbicas e hidrofílicas em interfaces aquosas. Em todos os casos, encontramos uma dependência inerente das propriedades de transporte da água com a característica polar da superfície de contato. / In this work we have proposed an investigation through molecular dynamics (MD) simulations of the water behavior at hydrophobic and hydrophilic surfaces in both functionalyzed nanotubes and two-dimensional nanpores. In the case of water at hydrophobic and hydrophilic nanotube surfaces, we have found a breakdown of the Stokes-Einstein relation for diffusion and viscosity of water confined in narrow hydrophobic nanopores. The mechanism underlying this behavior is dictated by the structure of water under confinement. This result indicates that some of the features observed for water inside hydrophobic carbon nanotubes cannot be observed in other nanopores. We have also found an important dependence of the water dynamics with the polar character of the nanotube, mostly for small diameters. By varying the temperature, both the dynamics and the water structuration are affected, presenting transitions between dense-packed and low-density states. Our results also shows that nanoporous membranes, with hydrophilic sites sandwiched between hydrophobic regions, can present an important flux of water molecules and reduced ion transportation, making these structures promising for desalination processes. By adding a flocculant ingredient (ferric chloride) to the salt water, we found even larger ion rejection rates. All the results point out the importance of studying hydrophilic and hydrophobic interfaces for water transport. In all the cases, we have found an ubiquitous dependence of water dynamic properties on the surface polarity.

[pt] No presente trabalho foi realizada a síntese do anatásio nanométrico partindo de um precursor comercial de baixo custo, passando pelo estágio intermediário de nanotubos de titanatos (TTNTs). Após a síntese alcalina hidrotérmica os TTNTs foram tratados termicamente a 550 graus Celsius em atmosferas de ar (Amostras AM-1) e em vácuo (Amostra AM-2). As amostras AM-1 e AM-2 foram caracterizadas pelas técnicas de MET, DRX, BET, XPS, EPR, Potencial Zeta, TG, como também foram testadas as propriedades fotocataliticas para o gás inorgânico NO e o corante orgânico têxtil Rodamina B. A amostra AM-1 foi imobilizada em suportes de vidro de soda-cal por meio das técnicas de impregnação, fazendo uso de uma solução contendo o precursor em etanol e imersão através da solução feita com PVA em água. Os revestimentos também foram caracterizados pelas técnicas de MET, DRX, MEV-FEG, UV-Vis, Ângulo de contato, testes de aderência, qualitativo e quantitativo de acordo com a norma ASTM D3359 - 09, além das suas propriedades fotocatalíticas terem sido testadas para o gás NO e o corante Rodamina B. A caraterização das amostras AM-1 e AM-2 conferiu a formação do anatásio nanométrico nas condições de síntese empregadas. A amostra AM-1 exibe uma excepcional atividade fotocatalítica para a degradação do gás NO em relação às amostras AM-2 e especialmente ao padrão fotocatalítico internacional, P-25 (Degussa). Foi possível imobilizar o nanopó AM-1em substratos de vidro de soda-cal em condições de tratamento térmico em atmosfera de ar, obtendo-se revestimentos de ótima aderência, alta uniformidade, porosidade e elevada super-hidrofilicidade. / [en] In the present work the synthesis of nanometric anatase was carried out from a low cost commercial precursor, which passes through an intermediary stage of titanate nanotubes (TTNTs). After the alkaline hydrothermal synthesis, the TTNTs were thermal treated at 550 celsius in air atmosphere (AM-1 sample) and vacuum (AM-2 sample). AM-1 and AM-2 samples were characterized by TEM, XRD, BET, XPS, EPR, zeta potential and TGA as well as the photocatalytic degradation of NO gas and Rhodamine B organic textile dye were studied. AM-1 sample was immobilized onto soda-lime glass substrates by impregnation and immersion techniques using solutions of PVA-ethanol and PVA-water, respectively. The coatings were also characterized by TEM, XRD, SEM-FEG, UV-Vis spectroscopy, contact angle measurements and both qualitative and quantitative adherence tests based on ASTM D3359-09. Furthermore, the catalytic properties of the coatings were evaluated for NO and Rhodamine B dye degradation. The characterization of AM-1 and AM-2 samples confirmed the formation of nanometric anatase under the synthesis conditions used in this work. The AM-1 sample showed an exceptional photocatalytic activity for the NO degradation when compared with AM-2 sample and especially with the international photocatalytic standard: Degussa P-25. AM-1 nanopowder were immobilized on soda-lime glass substrates by the thermal treatment performed in an air atmosphere leading to the formation of coatings with excellent adherence, homogeneity, porosity and super-hydrophilicity.