Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 8451295 bytes, checksum: 74544bf6e3d65bb8e6eb7bec81fffac1 (MD5) Previous issue date: 2014-07-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study examined the influence of hydrogen in quasi-static toughness of dissimilar welded joint, consisting of base metals steel AISI 8630M and ASTM A36, HSLA steels classified as (High Strength Low Alloy). As a metal filler wire AWS-ERNiCrMo 3ARBL was used both in the buttering 8630M steel sheet as the welding filling. This is a welded joint similar to one of the most used joints in the oil sector that, by the last decade have shown some fractures by circumferential cracking, is being studied worldwide in order to identify the causes and safer solutions for your application. As parameter of fracture toughness is studied the CTOD (Crack Top Open Displecement) using type specimens SE(B) subjected to three point bending. The assays were performed in air after pre-doping cathodic hydrogen into water at 0°C synthetic sea, having to main references the standards ISO 12135: 2002 and ISO 15653: 2010 The results showed a significant susceptibility of the steel 8630M to retained hydrogen, reaching a embrittlement via CTOD around 25%. In turn, the dissimilar welding joint CTOD values present twice that of the base metal (steel 8630M), under the conditions with and without hydrogenation, had virtually no susceptibility to the cathodic hydrogen retained in their microstructure / O presente trabalho analisou a influencia do hidrogênio na tenacidade quase estática de uma junta soldada dissimilar constituída dos metais de base aços AISI 8630M e ASTM A36, classificados como aços ARBL (Alta Resistência e Baixa Liga). Como metal de adição utilizou-se o arame AWS ERNiCrMo-3 (comercialmente conhecido como INCONEL 625) tanto no amanteigamento da chapa de aço 8630M, quanto no enchimento da solda. Trata-se de uma junta soldada similar a junta AISI 8630M-Inconel 625-API X65, bastante utilizada no setor petrolífero que, por ter apresentado na última década algumas fraturas por trincamento circunferencial, vem sendo mundialmente estudada com o intuito de se identificar as causas e soluções mais seguras para sua aplicação. Como parâmetro de tenacidade à fratura estudou-se o deslocamento de abertura da ponta da trinca, do inglês CTOD (Crack Top Open Displecement), utilizando-se espécimes tipo SE(B) submetido à flexão em três pontos. Os ensaios foram realizados ao ar após pré- dopagem por hidrogênio catódico em água do mar sintética a 0ºC, tendo como principais referencias as Normas ISO 12135: 2002 e ISO 15653: 2010. Os resultados apresentaram uma significativa susceptibilidade do aço 8630M ao hidrogênio retido, apresentando uma queda na tenacidade (CTOD) em torno de 25%. Por sua vez, a junta soldada dissimilar além de apresentar valores de CTOD duas vezes superior ao do metal de base (aço 8630M), nas condições com e sem hidrogenação, praticamente não apresentou susceptibilidade ao hidrogênio retido em sua microestrutura

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Eduardo Coselli Vasco de Toledo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T10:33:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_MarcelaG.Motados_D.pdf: 1519927 bytes, checksum: 9ed575105854208c7e8d99f024c4128a (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo principal deste trabalho foi a avaliação de estratégias de controle clássicas e hierárquicas em tempo real. Utilizou-se como estudo de caso a hidrogenação de o-cresol em reator de lama catalítico trifásico com catalisador sólido para validar as propostas de otimização em tempo real, devido à importância inerente deste tipo de processo, uma vez que reatores catalíticos trifásicos estão presentes em muitos processos das indústrias químicas, petroquímicas e afins, havendo uma preferência crescente em comparação com outros tipos de reatores mais convencionais. Foi investigada neste trabalho a performance de algumas versões do algoritmo de controle avançado DMC (Dynamic Matrix Control) em sua forma quadrática (QDMC - Quadratic Dynamic Matrix Control) e adaptativa (STQDMC - Self Tuning Quadratic Dynamic Matrix Control) sob diferentes estratégias de controle (feedback, feedforward e mista). O processo foi representado através de modelos determinísticos e estatísticos. Foi proposta uma metodologia alternativa para a definição dos parâmetros ótimos do modelo para a faixa de operação válida para este estudo baseada em princípios de análise de superfícies de resposta. Devido à importância de otimização dos processos para o alcance de objetivos operacionais e econômicos, foram também avaliadas estruturas de otimização em duas camadas, utilizando-se para este fim os algoritmos de otimização baseados nos procedimentos de Levenberg-Marquardt e SQP (Sequential Quadratic Programming). Foram propostas estruturas tradicionais de otimização em duas camadas, na qual o otimizador gera os set-points para o controlador, mas, além disso, foi proposta uma estrutura alternativa, na qual o otimizador, além de gerar os set-points para o controlador, envia também os valores ótimos para a variável manipulada, tornando este procedimento, na maioria dos casos, mais rápido e eficiente. Ainda no campo da otimização em tempo real, são apresentadas as bases matemáticas para a implementação de uma estrutura de otimização em uma camada, na qual os problemas de controle e otimização são resolvidos simultaneamente, sendo este procedimento sugerido como sugestão para trabalhos futuros. Os estudos realizados neste trabalho permitiram concluir que a estratégia de otimização em duas camadas apresenta resultados satisfatórios. Além disso, sempre deve-se ter em mente os objetivos de controle e otimização para que se possa ponderar a utilização das estratégias de controle feedback ou feedforward, e até mesmo uma combinação entre as duas / Abstract: The principal objective of this work was the evaluation of classic and hierarchical control strategies in real time. It was used as case study the o-cresol hydrogenation in a three-phase slurry reactor with solid catalyst to validate the real time optimization approaches, due to the inherent importance of this process, since these reactors are present in many processes of the chemical and petrochemicals industries, with growing preference in comparison with other types of more conventional reactors. It was investigated the performance of some versions of the advanced control algorithm DMC (Dynamic Matrix Control) in a quadratic (QDMC - Quadratic Dynamic Matrix Control) and adaptive (STQDMC - Self Tuning Quadratic Dynamic Matrix Control) form under different control strategies (feedback, feedforward and mixed). The process was represented through deterministic and statistical models. An alternative methodology was proposed for the definition of the optimal model parameters for the valid operational range based on principles of response surface analysis. It was evaluated two-Iayers structure optimization, using optimization algorithms based on Levenberg-Marquardt and SQP (Sequential Quadratic Programming) procedures. Traditional two-layers optimization approaches were proposed. In this approach the optimizer generates the set-points for the controller. Besides, an alternative approach was proposed where the optimizer, besides generating the set-points for the controller, also sends the optimal values for the manipulated variables, becoming this procedure, in most of the cases, faster and efficient. In relation to real time optimization, the mathematical bases are presented for the one-Iayer optimization approach implementation. Here the control and optimization problems are simultaneously resolved. According to this work, the two-Iayers optimization approach presents suitable results. Besides, it should always be considered the control and optimization objectives, in order to weight the feedback or feedforward control strategies and even a mixed one / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Gold nanoparticles (AuNPs) have constantly attracted the attention of the scientific and industrial community due to the variety of physicochemical properties presented which are different and considered new properties from those that are evidenced in their mass form. Those new properties are strongly related to their morphology, providing a wide range of possible applications in several areas such as optics, medicine and catalysis. As well known, nanoparticles are thermodynamically unstable and consequently they have an easy tendency to agglomarate. In this context, the synthesis of nanoparticles in a general procedure, in particular the metallic ones, and more particularly the gold ones, need synthesis strategies with adequate growth control in the dynamics formation. Therefore, it becomes a constant challenge to obtain nanostructured materials with high yields and degree of selectivity. Among the various preparation methodologies, the seed-mediated method, seeding, is most commonly used, classically in the presence of Cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) as a growth-driving agent. The obtained AuNPs were characterized by Visible Ultraviolet Absorption Spectroscopy (UV-vis) and Electron Transmission Microscopy (MET). These nanoparticles were evaluated in catalytic tests in chemical reduction reactions of p-Nitrophenol, where we investigated the influence of different reaction conditions such as the concentration of the catalyst, the reducing agent, and the optimum concentration and temperature variation. Surfactants were characterized by Ultraviolet Absorption Spectroscopy (UV-vis). Among the catalytic tests, the concentration of the reductant (NaBH4) was decreased from 0.1 mol L-1 to 0.05 mol L-1, 0.025 mol L-1 and 0.0025 mol L-1, between these concentrations, the molar ratio of the substrate/reductant was decreased from 500 to 12.5. The lowest borohydride concentration, 0.0025 mol L-1, gives a longer time to 100% conversion of p-nitrophenol, thus conducting studies varying the temperature of the system, in order to optimize the conversion time. herefore, the reaction was evaluated at temperatures of 25, 35, 45 and 55 °C, observing that with the increase of temperature, the reaction time of the reaction decreased. The reactions had a kinetic profile of pseudo-first order, so the apparent velocity constant was calculated for each reaction and it was observed that the reactions catalyzed by gold nanobastones (AuNRs) had a higher rate constant when compared to gold nanospheres (AuNSs). Finally, the activation energy (Ea) of the system was calculated, where Ea for reactions catalyzed by AuNRs was 70.5 kJ mol-1 and AuNSs obtained 105 kJ mol-1. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As nanopartículas de ouro (AuNPs) tem atraído constantemente a atenção da comunidade científica e industrial devido à variedade de propriedades físico-químicas apresentadas que são diferentes e consideradas novas das que são evidenciadas em sua forma mássica. Tais novas propriedades estão fortemente relacionadas à sua morfologia, proporcionando um grande leque de possíveis aplicações em diversas áreas como em óptica, medicina e catálise. Como se sabe, as nanopartículas são termodinamicamente instáveis e por isso possuem uma fácil tendência de se aglomerarem. Dentro desse contexto, a síntese de nanopartículas de um modo em geral, em particular as metálicas e mais particularmente as de ouro, precisam de estratégias de síntese com controle adequado de crescimento na dinâmica de formação. Portanto, torna-se um constante desafio a obtenção de materiais nanoestruturados com elevados rendimentos e grau de seletividade, .Entre as diversas metodologias de preparação, o método mediado por semente, ou semeadura, é o mais comumente utilizado, classicamente na presença de brometo de cetiltrimetilamônio (CTABr) como um agente direcionador de crescimento. As AuNPs obtidas foram caracterizadas por Espectroscopia de Absorção no Ultravioleta Visível (UV-vis) e por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). Posteriormente, estas mesmas nanopartículas foram avaliadas em testes catalíticos em reações de redução química do p-Nitrofenol, onde investigamos a influência de diferentes condições reacionais como a variação da concentração do catalisador, do agente redutor buscando uma concentração otimizada e variação de temperatura.As reações de reduçãoforam caracterizadas por UV-vis. Dentre os testes catalíticos, a concentração do redutor (NaBH4) foi diminuída, de 0,1 mol L-1 para 0,05 mol L-1, 0,025 mol L-1 e 0,0025 mol L-1, entre essas concentrações, a razão molar do substrato/redutor foi diminuída de 500 vezes para 12,5 vezes. A menor concentração de borohidreto, 0,0025 mol L-1, aprensenta maior tempo para 100% de conversão do p-nitrofenol, assim realizou-se estudos variando a temperatura do sistema, com o objetivo de otimizar o tempo de conversão. Portanto a reação foi avaliada nas temperaturas de 25, 35, 45 e 55 °C, observando que com o aumento da temperatura, o tempo de conversão da reação diminuiu. As reações apresentaram perfil cinético de pseudo-primeira ordem, portanto foi calculado a constante de velocidade aparente para cada reação e observou-se que as reações catalisadas por nanobastões de ouro (AuNRs) apresentavam maior constante de velocidade quando comparadas as nanoesferas de ouro (AuNSs). Por fim, calculou-se a energia de ativação (Ea) do sistema, onde a Ea para as reações catalisadas por AuNRs obteve valor de 70,5 kJ mol-1 e por AuNSs obteve 105 kJ mol-1.

Uma das principais fronteiras de desenvolvimento em catálise heterogênea envolve o uso de suportes de carbono grafitizados como vetores para modificação da estrutura eletrônica de catalisadores em reações catalíticas. Neste contexto os nanotubos de carbono (CNTs) são promissores, permitem boa dispersão e estabilização de nanopartículas (NPs) devido morfologia, defeitos superficiais, curvatura e geometria oca que resultam em interações específicas com catalisadores. Os CNTs podem apresentar uma distribuição variada de diâmetros, com presença de defeitos (vacâncias, pentágonos), podem ser dopados, intercalados com espécies que afetam a densidade eletrônica das suas paredes que podem ser funcionalizadas com uma variedade de moléculas, apresentando novas propriedades que podem influenciar na atividade catalítica de NPs. Apesar do potencial os CNTs quando usados na forma de material particulado, estes podem apresentar problemas em aplicações catalíticas associadas à sua aglomeração afetando a dispersão das NPs e principalmente suas propriedades eletrônicas, além de problemas de filtragem, contaminação dos produtos reacionais e limitações de fluxo. Uma alternativa para explorar os CNTs em catálise heterogênea são os materiais micrométricos com superfície nanoestruturada, baseado em CNTs, que constitui um material compósito cujas propriedades dependem da natureza dos CNTs e do substrato. Nesses compósitos, várias das propriedades dos CNTs podem ser mantidas, porém com uma aglomeração fixa, moldada pela superfície do material micrométrico que podem ser facilmente removidos do meio reacional e também usados em colunas sem comprometimento do fluxo. Neste trabalho foi desenvolvido um suporte catalítico baseado em carvão ativado (AC) e CNTs resultantes da decomposição catalítica de etanol constituindo um compósito micro-nanoestruturado (CNT/AC). Sobre o compósito foram suportadas NPs metálicas de rutênio preparadas por microemulsão com diferentes teores de rutênio. O comportamento catalítico deste novo material catalítico foi investigado frente as reações de oxidação do álcool benzílico e hidrogenação do cinamaldeído. Os resultados dos ensaios catalíticos quando foi utilizado o catalisador baseado em CNTs com um teor de rutênio de 3,2% foram comparados com um catalisador comercial contendo um teor de 5% de rutênio, se mostraram positivos para a reação de oxidação do álcool benzílico apresentando elevada conversão e seletividade para um carregamento de rutênio inferior ao catalisador comercial, com conversão superior a 99% e seletividade para benzaldeído de 100%, enquanto o comercial apresentou conversão de 91% e seletividade também de 100%. Na reação de hidrogenação do cinamaldeído utilizando o catalisador desenvolvido com um teor de 2% de rutênio, observou-se uma conversão de 45% com seletividade distribuída entre hidrocinamaldeído (25%), álcool hidrocinâmico (18%) e álcool cinâmico (2%). Quando se utilizou o catalisador comercial com teor de 5% de rutênio a conversão do cinamaldeído foi de 43% e seletividade para hidrocinamaldeído (37%), álcool hidrocinâmico (3,4%) e álcool cinâmico (3,3%). O catalisador micro-nanoestruturado contendo um carregamento de 1,3% de rutênio foi caracterizado por espectroscopia Raman que indicou a presença das bandas de segunda ordem na faixa de 2500-3200 cm-1 devido a presença dos CNTs, que após a incorporação das NPs de rutênio apresentou um deslocamento da banda G localizada em 1580 cm-1 em cerca de 2 eV, indicando um processo de transferência de carga entre as NPs e os CNTs. Os resultados de absorção de N2 indicou natureza mesoporosa dos catalisadores baseados em CNTs e os teores de rutênio contidos nas amostras destes catalisadores foram medidos por espectroscopia de absorção atômica e apresentaram uma proporção em massa de 1,3; 2,3 e 3,2% de rutênio em relação ao compósito, dados estes confirmados por espectroscopia de energia dispersiva quando utilizada para mapear a composição química do catalisador. Em conclusão, o compósito micro-nanoestruturado desenvolvido neste estudo apresenta um grande potencial para aplicações catalíticas, pois em testes de reciclagem, o catalisador apresentou baixa lixiviação das NPs e baixo desprendimento de CNTs do substrato apresentando desta forma boa estabilidade, além de apresentar uma excelente atividade catalítica na conversão do álcool benzílico acima de 95% após 4 ciclos catalíticos sucessivos e principalmente a seletividade máxima ao benzaldeído. / One of the main frontiers in the development of heterogeneous catalysis involves the use of graphitized carbon supports as vectors for the modification of the electronic structure of the catalysts utilized in catalytic reactions. In this sense, carbon nanotubes (CNTs) are promising materials because their morphology, surface defects, curvature, and hollow geometry allow for good dispersion and stabilization of nanoparticles (NPs), which culminates in specific interactions. CNTs can have a wide distribution of diameters, with the presence of defects (vacancies, pentagons) for this reason, they can be doped and then interspersed with species that affect the electron density of their walls, which can be functionalized with a variety of molecules. As a result, new properties that influence the catalytic activity of NPs arise. Despite their potential application, use of CNTs as particulate matter. This is because can propose problems to their application, due to their agglomeration. This is because the dispersion of NPs and their electronic properties can be affected, and problems contamination of the reaction, and flow limitations appear. An alternative for the use of CNTs in heterogeneous catalysis is the utilization of CNT-based materials with micrometric nanostructured surface. These are composite materials whose properties depend on the nature of the CNTs and the substrate. Various of the properties of CNTs can be maintained in composites, such as fixed clustering, shape of the surface of the micrometric material, which can be easily removed from the reaction medium and used in columns without compromising the flow. This work was based on a catalytic activated carbon (AC) support and CNTs, resulting from the catalytic decomposition of ethanol, which resulted in a micronanostructured composite (CNT/AC). Ruthenium metal NPs prepared by microemulsion and containing different amounts of ruthenium were supported onto the CNT/AC composite. The catalytic behavior of this new material was investigated for the oxidation of benzyl alcohol and hydrogenation of cinnamaldehyde. The obtained results were compared with those achieved with a commercial catalyst. Positive results were obtained for the oxidation of benzyl alcohol, with high substrate conversion and product selectivity having been achieved for a lower ruthenium load than the one present in the commercial catalyst (99% conversion and selectivity of 100 %. toward benzaldehyde. As for the hydrogenation of cinnamaldehyde, 45%, hydrocinnamaldehyde, hydrocinnamyl alcohol and cinnamyl alcohol, selectivities of 25, 18, and 2%, respectively. The micronanostructured catalyst was characterized by Raman spectroscopy, which indicated the presence of second-order bands in the range of 2500-3200 cm-1, due to the presence of CNTs. After incorporation of the ruthenium NPs, there was a shift in the G band located at 1580 cm-1 of about 2 eV, indicating a charge transfer process between the NPs and the CNTs. The results from N2 absorption indicated the mesoporous nature of the catalyst. The concentration of ruthenium catalysts present in the samples was measured by atomic absorption spectrometry. Ruthenium mass ratios of 1.3, 2.3, and 3.2% in relation to the composite, were detected. The composites were tested in various reuses experiments. There was low lixiviation of the NPs and low detachment of CNTs from the substrate. These data were confirmed by energy dispersive spectroscopy, which was used for mapping the chemical composition of the catalyst. In conclusion, the composite developed in this study has great potential for catalytic investigations, since the interaction between the carbon composite and the NPs was effective, and the catalytic activity was maintained for several cycles.

Pós magnéticos foram produzidos utilizando o processo de hidrogenação, desproporção, dessorção e recombinação (HDDR). A primeira parte deste trabalho envolveu o estudo do efeito da adição de Co na liga Pr14FebalCoxB6Nb0.1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) variando a de temperatura de dessorção/ recombinação de 800° a 900°C, com o objetivo de otimização do tratamento HDDR. A liga Pr14Fe80B6 foi utilizada como padrão. As ligas foram tratadas termicamente a 1100°C por 20 horas para eliminação do Fe- exixtente na liga em estado bruto de fusão. A temperatura de dessorção/ recombinação afetou a microestrutura e as propriedades magnéticas dos ímãs moldados com polímeros. A liga com baixa adição de cobalto (4 at.%) exigiu a temperatura de reação mais alta (880°C) entre os demais ímãs. As temperaturas ótimas para as ligas com 8 at.% Co e 10 at.% Co foram 840°C e 820°C, respectivamente. Ligas com altas concentrações de cobalto (12 at.% and 16 at.%) foram processadas a 840°C. A temperatura de dessorção/ recombinação que apresentou alta anisotropia nas ligas Pr14Fe80B6 e Pr14Fe79,9B6Nb0,1 foi de 820°C. O ímã que apresentou melhor remanência (862mT) foi processado com a liga Pr14Fe67,9Co12B6Nb0,1. Cada liga apresentou uma temperatura de reação otimizada e exibiu uma microestrutura particular, de acordo com a composição. A segunda parte deste trabalho envolveu a caracterização, dos pós HDDR de Pr14Fe80B6, que foram analisadas por difração de raios X com fonte síncrotron para a identificação e quantificação de fases cristalinas, e ainda para a determinação do tamanho médio de cristalitos da fase principal. A microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizada para revelar a morfologia dos pós HDDR. / Fine magnetic powders were produced using the hydrogenation disproportionation desorption and recombination (HDDR) process. The first stage in this work involved an investigation of the effect of the Co content and range of desorption/ recombination temperatures between 800 and 900°C with the purpose of optimizing the HDDR treatment for Pr14Fe80B6 and Pr14FebalCoxB6Nb0,1 (x= 0, 4, 8, 10, 12, 16) alloys. The cast alloys were annealed at 1100°C for 20 hours for homogenization. The processing temperature (desorption/ recombination) affected the microstructure and magnetic properties of the bonded magnets. The alloy with low cobalt content (4 at.%) required the highest reaction temperature (880°C) to yield anisotropic bonded magnets. The optimum temperature for alloys with 8 at.% Co and 10 at.% Co were 840°C and 820°C, respectively. Alloys with high cobalt content (12 at.% and 16 at.%) were processed at 840°C. The optimum desorption temperature for achieving high anisotropy for Pr14Fe80B6 and Pr14Fe79,9B6Nb0,1 was 820°C. The best remanence (862mT) was achieved with the Pr14Fe67,9B6Co12Nb0,1 magnet, processed at 840°C. Each alloy required an optimum reaction temperature and exhibited a particular microstructure according to the composition. The second stage of the work involved the characterization, for each temperature, of the Pr14Fe80B6 HDDR powder processed using X-ray diffraction analysis. The samples of the HDDR material were studied by synchrotron radiation powder diffraction using the Rietveld method for cell refinement, phase quantification and crystallite sizes determination. Scanning electron microscopy (SEM) has also been employed to reveal the morphology of the HDDR powder.

Esta tese descreve a primeira síntese assimétrica do sesquiterpeno fenólico (+)-(1S, 3R)-mutisiantol, assim como de seu enantiômero não-natural. O (+)-mutisiantol foi obtido em 11 etapas a partir do 2-metil-anisol, em rendimento global de 14% e excesso enantiomérico de 90%. Estas sínteses permitiram determinar a configuração absoluta deste produto natural. A etapa-chave da síntese consistiu na hidrogenação assimétrica do 4,7-dimetil-6- metóxi-1,2-di-hidronaftaleno, utilizando-se catalisadores opticamente ativos de irídio, conhecidos como Ir-PHOX. Com esta reação foi possível obter tanto o (+)-(S)- quanto o ()- (R)-1,6-dimetil-7-metóxi-1,2,3,4-di-hidronafaleno em ótimos rendimentos e excessos enantioméricos. Uma outra etapa importante desta síntese foi a reação de contração de anel do 1,6- dimetil-7-metóxi-1,2-di-hidronaftaleno. Esta oxidação foi realizada através da reação do 1,2- di-hidronaftaleno com tálio(III) ou com iodo(III). Ambos oxidantes levaram exclusivamente ao trans-indano desejado em rendimentos que variaram de moderado a bom. Esta tese também descreve a preparação, em excelentes excessos enantioméricos, de uma série de 1-tetralóis opticamente ativos, através de dois tipos diferentes de biotransformações: a) a resolução cinética enzimática de 1-tetralóis mediada por CALB; e b) a biorredução de 1-tetralonas mediada por Daucus carota. / This thesis presents the first asymmetric synthesis of the phenolic sesquiterpene (+)- (1S, 3R)-mutisianthol, as well as its non-natural enantiomer. The (+)-mutisianthol was obtained in 11 steps from 2-methylanisole, with 14% overall yield and enantiomeric excess of 90%. This synthesis allowed to assign the absolute configuration of this natural product. The key-step was an asymmetric hydrogenation of 4,7-dimethyl-6-methoxy-1,2- dihydronaphthalene using optically active iridium catalysts, known as Ir-PHOX. This reaction led to the either (+)-(S) or ()-(R)-1,6-dimethyl-7-methoxy-1,2,3,4-dihydronaphthalene in good yields and enantiomeric excess. Another important step of the route was the ring contraction reaction of the 1,6- dimethyl-7-methoxy-1,2-dihydronaphthalene, which was performed using thallium(III) or iodine(III). Both oxidants led exclusively to the desired trans-indan in good to excellent yield. This thesis also describes the preparation of a series of optically active 1-tetralols in excellent enantiomeric excesses, using two different biotransformations: a) the kinetic enzymatic resolution of 1-tetralols mediated by CALB and b) the bioreduction of 1-tetralones mediated by Daucus carota.

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / Propylene is a chemical compound with high value added, widely used in the industry and usually obtained from petroleum. However, there is the need of the development of alternative routes for the production of this compound from renewable sources. The use of acetone for the production of propylene is a good option, because this oxygenated compound can be obtained by biomass conversion. The use of a one step process also adds an advantage to the propylene production from acetone, uniting in a single reactor two consecutive reactions: acetone hydrogenation, followed by dehydration of the formed isopropanol. For this, there are necessary two catalysts with distinct properties, one containing metallic sites, for hydrogenation, and another where there are acidic sites, for dehydration. The main objective of this work is to obtain propylene from acetone in one single step, using Cu/Zn/Al mixed oxide derived from hydrotalcite-like compounds and acid form of Beta zeolite as catalysts. For that, the catalysts were obtained by the coprecipitation method at variable pH followed by calcination, for the mixed oxide, and by hydrothermal synthesis, for the zeolite. The catalysts were also characterized as their with distinct properties. The hydrogenation and dehydration reactions have been studied individually and together by varying the catalyst or mixture of catalysts employed and the composition and flow rate of the feed. First, they were evaluated the thermodynamic boundaries of the reaction systems in which was observed that the acetone hydrogenation is strongly limited by the equilibrium and which are the preferential products of each reaction. For the reaction test, it was used the factorial experimental design, where the feeding conditions and reaction temperature were varied, and as response variables it was obtained the composition of the organic fraction at the reactor outlet. In the hydrogenation reaction, only isopropanol was obtained and the acetone conversion was close to that of equilibrium. In the dehydration reaction of isopropanol, propylene was preferably formed, with only small concentrations of diisopropyl ether at low temperatures, being obtained complete alcohol conversion in some experimental conditions. The complete process of acetone conversion into propylene was carried out at eleven distinct experimental conditions and the olefin fraction was up to 65 % of the organic fraction. It was possible the parameters estimation of simplified kinetic models, considering the Langmuir-Hinshelwood hypothesis, appropriate to the prediction of the molar fractions of the compounds in the organic fraction for both individual as simultaneous reactions. The kinetic models were used to the analysis of the effect of process variables on the reaction products in the three reaction systems considered. / O propeno é um composto químico de alto valor agregado, largamente empregado na indústria e obtido, geralmente, a partir do petróleo. Entretanto, há a necessidade do desenvolvimento de rotas alternativas para a produção deste composto a partir de fontes renováveis. A utilização de acetona para a produção de propeno é uma boa opção, pois este composto oxigenado pode ser obtido através de conversão da biomassa. A utilização de processo em uma única etapa acrescenta, ainda, mais uma vantagem à produção de propeno a partir de acetona, unindo em um único reator duas reações consecutivas: hidrogenação de acetona, seguida da desidratação do isopropanol formado. Para tanto, são necessários dois catalisadores com propriedades distintas, um deles contendo sítios metálicos, para a hidrogenação, e outro onde haja sítios ácidos, para a desidratação. O objetivo principal deste trabalho é a obtenção de propeno a partir de acetona em uma única etapa, utilizando óxido misto de Cu/Zn/Al derivado de material do tipo hidrotalcita e forma ácida da zeólita Beta como catalisadores. Para isso, os catalisadores foram obtidos pelo método de coprecipitação a pH variável seguido de calcinação, para o óxido misto, e pela síntese hidrotérmica, para a zeólita. Os catalisadores foram, ainda, caracterizados quanto às suas propriedades físicoquímicas. As reações de hidrogenação e desidratação foram estudadas individualmente e em conjunto variando-se o catalisador ou mistura de catalisadores empregados e a composição e vazão da alimentação. Primeiramente, foram avaliados os limites termodinâmicos dos sistemas reacionais, em que se observou que a hidrogenação de acetona é fortemente limitada pelo equilíbrio e quais são os produtos preferenciais de cada reação. Para os testes reacionais foi utilizado planejamento de experimentos fatorial, onde as condições de alimentação e temperatura de reação foram variadas, e como variáveis resposta obteve-se a composição da fração orgânica na saída do reator. Na reação de hidrogenação, apenas isopropanol foi obtido e a conversão de acetona foi próxima daquela de equilíbrio. Na reação de desidratação de isopropanol, o propeno foi formado preferencialmente, com apenas pequenas concentrações de éter di-isopropílico a baixas temperaturas, sendo obtidas conversões completas do álcool em algumas condições experimentais. O processo completo de conversão de acetona em propeno foi realizado em onze condições experimentais distintas e a fração de olefina foi de até 65 % da fração orgânica. Foi possível a estimação dos parâmetros de modelos cinéticos simplificados, considerando as hipóteses de Langmuir-Hinshelwood, adequados à predição das frações molares dos compostos na fração orgânica tanto para as reações individuais como simultâneas. Os modelos cinéticos foram utilizados para a análise do efeito das variáveis de processo sobre os produtos de reação nos três sistemas reacionais considerados.

Submitted by Vasti Diniz (vastijpa@hotmail.com) on 2017-09-13T12:17:27Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 26917769 bytes, checksum: 9ff17103475ce4130305b157369d8448 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T12:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 26917769 bytes, checksum: 9ff17103475ce4130305b157369d8448 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In the present work, we use first-principles calculations based on density functional theory, as implemented in the SIESTA code, to investigate the changes in the structural and electronic properties of the carbon, BN, and hybrid BxCyNz nanotubes produced by one or two of the following mechanisms: doping with carbon atoms, the application of external electric fields, by flattening of the cross section, the encapsulation of a carbon nanowire or the adsorption of hydrogen atoms (hydrogenation). We start with the study of double-walled boron nitride nanotubes (DWBNNTs), zig-zag and armchair, doped with carbon atoms, with chiral vectors (8,0)@(16,0) and (5,5)@(10,10), respectively. Two types of doping were considered: one C atom substituting a B atom on the inner wall (IW) and one C atom substituting a N atom on the outer wall (OW), which we call of CB[IW]@CN[OW], and the opposite situation results in CN[IW]@CB[OW]. In this sense, we generate a (type-p semiconductor)@(type-n semiconductor) and a (type-n semiconductor)@(type-p semiconductor), where the resulting DWBNNTs can be thought of as p-n junctions. At the same time, we apply an external electric field, with magnitude of 0,3 V/Å, in different directions, namely, perpendicular (Ey), parallel (Ex), and antiparallel (E􀀀x) to the line formed by the dopants. Thus, depending on the direction of the applied field, we observe an increase or decrease in the band gap energy between the defect levels (Eig), and such cases are related to the reverse and direct polarization of the p-n junction, respectively. Afterwards, we study the insertion of a carbon nanowire (CNW) inside a (10.0) zigzag carbon nanotube and inside a (10.0) zig-zag BN nanotube. Such systems were called CNW@SWCNT and CNW@SWBNNT, respectively. We produce the flattening of the nanotubes and verify the behavior of the atomic structure of the nanowire as the flattening of the nanotube increases. From the obtained results, it was possible to conclude that, for both CNW@SWCNT and CNW@SWBNNT, there is a critical distance dc (distance between the parallel planes of the flattened nanotubes (d)), with the value of 3.60 Å, so that we can summarize our findings as follows: in the case d > dc, the carbon nanowire does not undergo any deformation; and in the reverse case (d < dc), the carbon nanowire binds to the wall of the nanotube and undergoes deformations. Regarding the electronic properties, we verify that the encapsulation of the CNW inside the SWCNT and SWBNNT, produces a significant reduction of the band gap energy (Eg) of such systems. Moreover, we observe ABSTRACT viii the creation of Dirac points for some flattening ratios of the nanotubes. Finally, we carry out a study on the adsorption of hydrogen atoms (hydrogenation) on the surface of double-walled boron nitride nanotubes (DWBNNTs) and hybrid nanotubes of boron nitride and carbon (DW(BN)xCyNTs). Due to the fact that the nanotubes have two walls, we consider the following cases: (i) coverages of 2H, 4H, 8H, 12H, and 16H on the inner wall, (ii) coverages of 2H, 4H, 8H, 16H, and 32H on the outer wall, and (iii) coverages of 2H, 4H, 8H, 16H, and 32H on both walls. Curiously, we find that for all hydrogen coverages considered, a strong deformation occurs in the hydrogen regions, causing the cross section of the nanotubes take different polygonal shapes: ellipsoidal, rectangular, hexagonal or octahedral. For coverages of 16H and 32H only on the outer wall, we observe that some hydrogens desorbed from the wall forming isolated H2 molecules without preferential orientation. We verify that, in some cases, the bond angles between the B, N and H or C and H atoms exhibit characteristics of the sp3 hybridization. Regarding the structural stability, we verify that the adsorption of H atoms in DWBNCNTs is more favorable than in DWBNNTs. Moreover, we conclude that is possible to control the band gap energy of the nanotubes through the hydrogen coverage. / No presente trabalho, usamos cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade, como implementado no código SIESTA, para investigarmos as alterações nas propriedades estruturais e eletrônicas de nanotubos de carbono, de BN e híbridos BxCyNz, produzidas por um ou dois dos seguintes mecanismos: dopagem com átomos de carbono, aplicação de campos elétricos externos, pelo achatamento da secção transversal, encapsulamento de um nanofio de carbono ou pela adsorção de átomos de hidrogênio (hidrogenação). Iniciamos com o estudo de nanotubos de nitreto de boro de parede dupla (DWBNNTs), zig-zag e armchair, dopados com átomos de carbono, com vetores quirais (8,0)@(16,0) e (5,5)@(10,10), respectivamente. Duas situações de dopagem foram consideradas: um átomo de C substituindo um átomo de B na parede interna (IW) e um átomo de C substituindo um átomo de N na parede externa (OW) a qual chamamos de CB[IW]@CN[OW], e a situação oposta resulta em CN[IW]@CB[OW]. Neste sentido, construímos um (semicondutor do tipo-p)@(semicondutor do tipo-n) e um (semicondutor do tipo-n)@(semicondutor do tipo-p) onde os DWBNNTs resultantes podem ser pensados como junções p-n. Paralelamente, aplicamos um campo elétrico externo, com magnitude de 0,3 V/Å, em diferentes direções, a saber, perpendicular (Ey), paralelo (Ex) e anti-paralelo (E􀀀x) a linha formada pelos dopantes. Assim, dependendo da direção do campo aplicado, observamos um aumento ou diminuição do gap de energia entre os níveis de defeitos (Eig) e tais casos estão relacionados a polarização reversa e direta da junção p-n, respectivamente. Em seguida, estudamos a inserção de um nanofio de carbono (CNW) no interior de um nanotubo de carbono e de BN, ambos com vetor quiral (10.0). Tais sistemas foram chamados de CNW@SWCNT e CNW@SWBNNT, respectivamente. Nós produzimos o achatamento dos nanotubos e verificamos o comportamento da estrutura atômica do nanofio a medida que o achatamento do nanotubo aumenta. A partir dos resultados obtidos, foi possível concluir que para ambos os CNW@SWCNT e CNW@SWBNNT, existe uma distancia crítica dc (distância entre os planos paralelos dos nanotubos achatados (d)), com um valor de 3.60 Å, de tal forma que nós podemos resumir as nossas descobertas como: no caso de d > dc, o nanofio de carbono não sofre nenhuma deformação; e no caso reverso (d < dc), o nanofio de carbono liga-se a parede do nanotubo e sofre deformações. Em relação as propriedades eletrônicas, verificamos que o encapsulamento do CNW nos SWCNT e SWBNNT, produz uma significativa redução do gap de energia (Eg) de tais sisteRESUMO vi mas. Além disso, observamos a formação de pontos de Dirac para algumas taxas de achatamento dos nanotubos. Por último, nós realizamos um estudo da adsorção de átomos de hidrogênio (hidrogenação) sobre a superfície de um nanotubo de parede dupla de nitreto de boro (DWBNNTs) e um nanotubo híbrido de nitreto de boro e carbono (DW(BN)xCyNTs). Devido ao fato dos nanotubos possuírem duas paredes, consideramos os seguintes casos: (i) coberturas de 2H, 4H, 8H, 12H e 16H na parede interna, (ii) coberturas de 2H, 4H, 8H, 16H e 32H na parede externa e (iii) coberturas de 2H, 4H, 8H, 16H e 32H em ambas as paredes. Curiosamente, verificamos que em todas as coberturas de hidrogênio consideradas, uma forte deformação ocorre nos locais de hidrogênio, fazendo a secção transversal dos nanotubos se transformar em diferentes formas poligonais: elipsoidal, retangular, hexagonal ou octaedral. Para coberturas de 16H e 32H apenas na parede externa, observamos que alguns hidrogênios se dessorveram da parede formando moléculas de H2 isoladas sem orientação preferencial. Verificamos que em alguns casos, os ângulos de ligação entre os átomos de B, N e H ou C e H exibem características da hibridação sp3. Com relação a estabilidade estrutural, verificamos que a adsorção de átomos de H em DWBNCNTs é mais favorável do que em DWBNNTs. Ademais, concluímos que é possível controlar o gap de energia dos nanotubos através da cobertura de hidrogênio.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-09-27T15:51:52Z No. of bitstreams: 1 daniellelobojustopinheiro.pdf: 20180936 bytes, checksum: 98e45bb923da9d2234c5a70398868760 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-10-01T18:08:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 daniellelobojustopinheiro.pdf: 20180936 bytes, checksum: 98e45bb923da9d2234c5a70398868760 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-01T18:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 daniellelobojustopinheiro.pdf: 20180936 bytes, checksum: 98e45bb923da9d2234c5a70398868760 (MD5) Previous issue date: 2018-09-09 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Azalactonas são heterociclos derivados de aminoácidos protegidos e ciclizados. Por conter em sua estrutura um sítio eletrofílico, um sítio pro-nucleofílico, além de um sítio nucleofílico ou eletrofílico (que será determinado pelas condições reacionais), esses compostos são extremamente versáteis. Nesse trabalho é demonstrado a reação das azalactonas com o reagente de Schwartz, que através de uma de redução quimiosseletiva gera derivados de aminoaldeídos com excelentes rendimentos em apenas 2 minutos de reação. Outra reação de redução quimiosseletiva demonstrada no trabalho envolve o uso de azalactonas de Erlenmeyer, hidrogênio e Pd/C como catalisador. Dessa forma, azalactonas saturadas funcionalizadas, foram possíveis de ser obtidas em uma metodologia simples, com excelentes rendimentos. O processo foi ainda adaptado para reações em um sistema one-pot, produzindo assim, adutos de Michael, Mannich e produtos de abertura de maneira simples e eficiente. O sítio nucleofílico das azalactonas também é explorado em reações de dimerização diastereosseletivas, utilizando uma base de Brønsted formada in situ pela reação entre acetonitrila e sal tricloroacetato de potássio ou sódio. O mecanismo da reação e estudos cinéticos são demonstrados a partir de uma análise obtida por experimentos online no RMN de ¹H. Além disso, um análogo de um produto natural é obtido através de uma redução estereosseletiva dos dímeros. O sítio nucleofílico das azalactonas também é explorado em reações de carbonilação α-arilativa catalisadas por Pd, utilizando o sistema de duas câmaras, seguido de sua abertura, obtendo, dessa forma, aminoácidos α,α-dissubstituídos protegidos. O mecanismo da reação é proposto após reações controle terem sido realizadas. Os mesmos aminoácidos também puderam ser sintetizados e marcados com o ¹³C. Esses compostos marcados foram aplicados em reações quimiosseletivas, como a reação de descarboxilação de Krapcho, reduções quimiosseletivas, e síntese de heterociclos como as oxazolonas e pirazolonas. / Azlactones are heterocycles derived from amino acids. There are an electrophilic site, a pro-nucleophilic site, and a nucleophilic or electrophilic site (determined by the reaction conditions). These compounds are extremely versatile. In this work the reaction of the azlactones with Schwartz reagent is demonstrated. A chemosselective reduction of these compounds is possible to generate aminoaldehydes in excellent yields in only 2 minutes reaction. Chemosselective reduction of Erlenmeyer azlactones is also demonstrated by using hydrogen gas and Pd / C as a catalyst. In this way, functionalized saturated azlactones are possible to obtain in excellent yields. The process was further adapted to reactions in a one-pot system, producing Michael, Mannich and opening products in a simple and efficient manner. The nucleophilic site of azlactones is also explored in the diastereoselective dimerization reactions promoted by a Brønsted base, affording by the reaction in situ between acetonitrile and potassium or sodium trichloroacetate salt. The mechanism of the reaction and kinetic studies are demonstrated from an analysis obtained by ¹H NMR online experiments. In addition, a stereoselective reduction of a dimer analogue gave a natural product in high both yield and diastereoselectivity. The nucleophilic site of the azalactones is exploited in Pd catalyzed α- arylation carbonylation reactions, using the two-chamber system, followed by their opening, thereby obtaining protected α,α -disubstituted amino acids. The mechanism of the reaction is proposed based on control reactions. The same amino acids could also be synthesized with ¹³C-labeled CO. These coumpounds were applied in chemosselective reactions, such as krapcho decarboxylation reaction, chemosselective reduction, and synthesis of heterocycles such as oxazolones and pyrazolones.