Made available in DSpace on 2018-08-01T21:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12179_Carlos Vinicius Guimarães.pdf: 1904683 bytes, checksum: 55dee19f9f06bfb6d65db7c82da0e8bd (MD5) Previous issue date: 2018-03-20 / No presente trabalho foi realizado o processo de despolimerização de polietileno tereftalato (PET) pós-consumo, através do método de glicólise com etileno glicol catalisado por líquidos iônicos dialquil-imidazólicos, sintetizados a partir do cloreto de 1-butil-3-metilimidazol ([Bmin]Cl) em reação com cloretos de Zn2+ e Mn2+. Para cada sal estudado, confirmou-se a estrutura por espectrometria de massas por ionização de eletrospray em modo negativo (ESI(-)-MS); demonstrou-se o efeito catalítico do processo através do cálculo de energias de ativação aparentes (Ea) determinadas por curvas de Arrhenius alcançando os valores 36,49 kJ/mol e 58,09 kJ/mol respectivamente; avaliou-se o comportamento do PET residual por microscopia eletrônica (MEV) e foi observado maior degradação em presença de [Bmin]ZnCl3, justificando a maior eficiência catalítica no processo também em comparação às literaturas; por fim, aplicou-se o modelo de otimização Box-Behnken, através da metodologia de superfície de resposta (RSM), no qual foram estudados três fatores (tempo, temperatura e proporção em massa de etilenoglicol) em três níveis de variação (-1, 0, +1) com duas réplicas do ponto central, totalizando 15 experimentos em que estimaram-se rendimentos, em monômeros bis(2-hidróxietil) tereftalato (BHET), superiores a 50% nas condições fixas estabelecidas com o aumento das 3 variáveis em conjunto. Os produtos de glicólise foram caracterizados por espectrometria de massas (ESI-MS), técnicas espectroscópicas (FTIR) e (¹H e ¹³C RMN), difração de raios-X (DRX) e análise térmica (TGA) e (DSC).

Os líquidos iônicos (LIs) são eletrólitos promissores para uso em baterias de lítio e outros dispositivos eletroquímicos, devido às suas propriedades físico-químicas únicas como, por exemplo, ampla faixa de temperatura como liquido, boa condutividade, baixa pressão de vapor e estabilidade térmica, química e eletroquímica. Um LI é composto normalmente por um cátion orgânico e um ânion orgânico ou inorgânico. Neste trabalho, foram sintetizados novos líquidos tanto modificando o ânion como o cátion. Em ambos os casos procurou-se LIs com ótimas propriedades de transporte e que melhorassem a condutividade do lítio em relação condutividade total da mistura LI - sal de lítio. Em primeira instância, foram sintetizados e caracterizados os seguintes líquidos iônicos derivados do ânion [B(CN)4]-: [BMPYR][B(CN)4] (N-butil-N-metilpirrolidínio tetracianoborato), [BMP][B(CN)4] (N-nbutil- N-metilpiperidínio tetracianoborato) e [BMMI][B(CN)4] (1-n-butil-2,3-dimetilimidazólio tetracianoborato), sendo os dois primeiros são líquidos na temperatura ambiente. Quando comparados com os derivados de bis(trifluorometanosulfonil)imideto, [Tf2N]-, os líquidos iônicos derivados de tetracianoborato apresentam melhores valores de condutividade e viscosidade, sendo isto refletidos em um maior valor do parâmetro condutividade do lítio (σLi). Além disso, estes LI possuem maior estabilidade química e eletroquímica. Utilizou-se a técnica de espectroscopia Raman para estudar os líquidos [BMPYR][B(CN)4] e [BMP][B(CN)4] e suas misturas com sal de lítio (0,1 molL-1 de LiB(CN)4), demostrando-se que a interação entre o íon lítio e o ânion tetracianoborato é muito baixa, o que explica o altos valores do número de transporte e condutividade do lítio nestes sistemas. já através da Modificação do cátion, foram sintetizados cinco líquidos iônicos derivados de fosfônio, usando sempre o ânion [Tf2N]-. Entre eles são líquidos na temperatura unicamente os LIs [P2225][Tf2N] (Bis(trifluormetilsulfonil)imideto de trieltilpentilfosfônio) e [P222(201)][Tf2N] (Bis(trifluormetilsulfonil)imideto de trietil(2-metoxietil)fosfônio). Estes líquidos apresentaram excelentes propriedades de transporte e estabilidade eletroquímica quando comparados com seus equivalentes derivados de nitrogênio. Quando se adicionou o sal de lítio, LiTf2N, em concentrações de 1 e 2 molL-1 , os líquidos apresentaram um decréscimo das propriedades de transporte, embora demostrarem efeito menor em comparação com os líquidos iônicos derivados de nitrogênio, apresentando inclusive maiores valores nos números de transporte e de condutividade do lítio nas misturas estudadas. / Ionic liquids (ILs), are of great interest nowadays as electrolytes for lithium ion batteries due their unique characteristics, which include: liquid state over a wide temperature range; nonvolatility, which assures thermal stability and nonflammability; high ion content, which results in high ionic conductivity; and excellent chemical and electrochemical stability. ILs consists of an organic cation and an inorganic or organic anion. In order to improve the transport properties, the cation and anion of the ionic liquid were changed. Three ionic liquids derived from the anion [B(CN)4]- were synthetized and chararacterized: [BMPYR][B(CN)4] (N-n-butyl-N-methylpyrrolidinium tetracyanoborate) [BMP][B(CN)4] (N-n-butyl-Nmethylpiperidinium tetracyanoborate) and [BMMI][B(CN)4] (1-n-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetracyanoborate). The first two are liquid at room temperature. When comparing these ionic liquid with the analogous ones containing the anion Tf2N, it was found that ILs derivates from tetracyanoborate have better transport properties which is reflected in a larger value of parameter conductivity of lithium (σLi). Moreover these ILs have higher chemical and electrochemical stability. The Raman spectroscopy was employed to study the BMPYRB(CN)4 and BMPB(CN)4 liquids and their mixtures with lithium salt (0.1 mol L-1 of LiB(CN)4); it was demonstrated that the interaction between the lithium ion and anion tetracyanoborate is very low, which explains the high values of conductivity and transport numbers of lithium in these systems. Furthermore five ionic liquids from the phosphonium cation was synthesized always using the anion [Tf2N]-; being liquid at room temperature only the ILs [P2225][Tf2N] (triethyln-pentylphosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) and [P222(201)][Tf2N] (triethyl (2- methoxyethyl) phosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl imide) imide). It was found that these liquids have excellent transport properties and electrochemical stability when compared with their counterparts derived from nitrogen; furthermore, when lithium salt LiTf2N, was added at concentrations of 1 and 2 mol L-1, the ILs containing the phosphonium cations have also shown a decrease in the transport properties, however, the effect is less pronounced when compared to ionic liquids derived from nitrogen, presenting higher transport number and lithium ion conductivity.

A procura por fontes de energia confiáveis para motores elétricos, levou a grande esforços de síntese de novos eletrólitos para uso em baterias de íon-Li, de modo a aliar eficiência e segurança. Líquidos iônicos têm sido largamente estudados para este propósito. Misturas do sal Li(CF3SO2)2N, LiTf2N, no líquido iônico (LI) formado pelo cátion 1-butil-2,3-dimetilimidazólio, BMMI, e o ânion (CF3SO2)2N-, bis(trifluorometanosulfonil)imideto, Tf2N, foram preparadas em diferentes concentrações. A adição do sal de lítio a este liquido iônico diminuiu a mobilidade de todas as espécies, especialmente o Li+. A condutividade estimada usando os dados de difusão (NMRPGSE), os dados da espectroscopia Raman e as simulações por Dinâmica Molecular sugerem a formação de agregados compostos por ânions Tf2N em torno do Li+, com os oxigênios do Tf2N direcionados para o cátion Li+. Estes agregados aumentam conforme aumenta a concentração de LiTf2N, contribuindo para a diminuição da condutividade. Para contornar este obstáculo, foram sintetizados líquidos iônicos contendo um átomo de oxigênio na estrutura do cátion, de modo a promover a competição com os oxigênios do Tf2N pelo cátion Li+, prevenindo Li+ de formar agregados de grande massa e melhorando sua difusividade. Os cations escolhidos foram o 1,2-dimetil-imidazólio e o N-metilmorfolino. Estes LI´s serão representados por [Et2OMMI][Tf2N] e [Et2OMor][Tf2N], respectivamente. Os resultados mostraram que [Et2OMMI][Tf2N] tem uma menor janela eletroquímica (3,8V) que [BMMI][Tf2N] (4,6V), mas o potencial de redução para ambos é igual, o que os torna resistentes à redução pelo lítio metálico. Estes dois LI´s tem quase a mesma densidade e a viscosidade de [Et2OMMI][Tf2N] é 20% menor que a de [BMMI][Tf2N]. Sendo menos viscoso, é esperado que [Et2OMMI][Tf2N] tenha uma maior condutividade. De fato, sua condutividade é 40% maior que a de [BMMI][Tf2N], o que sugere que o grupo éter adiciona alguma modificação estrutural ao sistema, mostrando que neste caso, as mudanças no transporte de carga não decorrem apenas em função da fluidez. Coeficientes de difusão de [Et2OMMI][Tf2N] são maiores que aqueles de [Et2OMor][Tf2N], mas um pouco menores que aqueles de [BMMI][Tf2N]. Também foram estudadas as mudanças nas propriedades físico-químicas em [BMMI][Tf2N] decorrentes da adição do gás SO2. Todas as propriedades de transporte tiveram aumento e uma diminuição na dinâmica de formação de pares iônicos foi sugerida pelos dados experimentais / The searching for reliable power sources for electrical engines has lead to great efforts in order to synthesize new electrolytes to be used in Li-ion batteries in order to make them powerful and safe. Ionic liquids have been widely studied for this purpose. Lithium salt solutions of Li(CF3SO2)2N, LiTf2N, in a room-temperature ionic liquid (RTIL), 1-butyl-2,3-dimethyl-imidazolium cation, BMMI, and the (CF3SO2)2N-, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion, Tf2N, were prepared in different concentrations. The addition of a lithium salt to this RTIL decreases the mobility of all species, especially Li+. Estimated conductivities (NMR-PGSE), Raman spectroscopy and Molecular Dynamics Simulation data suggest the formation of aggregates formed by [Tf2N] anions around Li+, with [Tf2N]´s oxygen atoms pointing toward Li+. These aggregates increase as LiTf2N content is increased, thus contributing to diminish conductivity. To overcome this obstacle, it was synthesized ionic liquids with ether-function-containing cations, so, oxygen atom from the ether group could compete for Li+ against the oxygen atoms from [Tf2N], preventing Li+ to form high mass aggregates improving the Li+ diffusion process. The chosen cations were the 1,2-dimethyl-imidazolium and N-methylmorpholine. RTILs were represented by [Et2OMMI][Tf2N] and [Et2OMor][Tf2N], respectively. Results show that [Et2OMMI][Tf2N] has a lower electrochemical window (3,8V) than [BMMI][Tf2N] (4,6V), but their reduction potential is equal, which makes them resistant to reduction by metallic lithium. These two RTIL´s have almost the same density and the viscosity of [Et2OMMI][Tf2N] is 20% lower than that of [BMMI][Tf2N]. Being less viscous, it is expected that [Et2OMMI][Tf2N] had a higher conductivity. It has in fact a conductivity 40% higher than [BMMI][Tf2N], which suggests that the ether chain add some structural modification to the system, showing that in this case, changes in charge transport is not only a function of the fluidity. Diffusion coefficients of [Et2OMMI][Tf2N] are higher than those of [Et2OMor][Tf2N], but a little bit lower than those of [BMMI][Tf2N]. It was also addressed the physical property changes in [BMMI][Tf2N] with the increasing addition of SO2. All the transport properties have improved and a decrease in ionic pair formation was suggested by experiment data

PINHEIRO, R. S. Separação de misturas azeotropicas da gasolina utilizando liquidos ionicos proticos (LIP's). 2017. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-07-13T11:47:49Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_rspinheiro.pdf: 2858456 bytes, checksum: fd671053d06be43edf1565f4f0799250 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-07-20T16:21:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_rspinheiro.pdf: 2858456 bytes, checksum: fd671053d06be43edf1565f4f0799250 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-20T16:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_rspinheiro.pdf: 2858456 bytes, checksum: fd671053d06be43edf1565f4f0799250 (MD5) Previous issue date: 2017-03-07 / In this work different protic ionic liquids (PIL’s) were produced by varying the base and acid chain used for synthesis, in an attempt to produce a more selective LIP for the association with the alcohols of the azeotropic mixture, alkane + alcohol. The PIL’s were produced in the laboratory by slow neutralization reaction, then dried, analyzed and stocked. The study of binary systems between ionic liquid and water; and ionic liquid + ethanol served to study the polarities of the solvents. The binary mixtures were weighed in tubes glass and they were mixture in a vortex, then it was measured density, viscosity and velocity of sound and the properties excess volume and excess Gibbs energy were calculated. It has been found that the density exhibits a linear behavior with temperature and viscosity an exponential behavior. In study of ternary mixtures, titration and densimetry techniques were used for the construction of the binodal curve and quantification of the raffinate and extract phases after the process of separation of the mixtures. The distribution coefficients and the selectivity parameter were calculated with the objective of studying the preferred phase for the migration of the solute and the potential extractor of the solvents. The solutes studied, methanol and ethanol, migrated to the solvent-rich phase (2-HEAF and 2-HEAA) and the selectivity results were in addition to the unit, indicating an excellent extractor character of the ionic liquids studied. The NRTL thermodynamic model presented satisfactory results for all correlations, the mean calculated error was less than 2%. / Nesse trabalho foram produzidos diferentes líquidos iônicos próticos (LIP’s) variando-se a cadeia da base e do ácido utilizados para síntese, como tentativa de produzir um LIP mais seletivo para a associação com os álcoois da mistura azeotrópica, alcano + álcool. Os LIP’s foram produzidos no laboratório por meio de lenta reação de neutralização, em seguida foram secos, analisados e estocados. O estudo dos sistemas binários entre líquido iônico e água; e líquido iônico + etanol serviu para estudar a polaridades dos solventes. As misturas binárias foram pesadas em tubos de vidro com tampa, agitados em vórtex e, em seguida, foi feita a medição de densidade, viscosidade e velocidade do som, a partir dessas propriedades foram calculadas volume em excesso e energia de Gibbs em excesso. Verificou-se que a densidade apresenta um comportamento linear com a temperatura e a viscosidade um comportamento exponencial. No estudo das misturas ternárias, foram utilizadas as técnicas de titulação e densimetria para a construção da curva binodal e quantificação das fases rafinado e extrato após o processo de separação das misturas. Foi realizado o cálculo dos coeficientes de distribuição e do parâmetro de seletividade com o objetivo de estudar a fase preferida para migração do soluto e o potencial extrator dos solventes. Os solutos estudados, metanol e etanol, migraram para a fase rica em solvente (2- HEAF e 2- HEAA) e os resultados da seletividade foram para além da unidade, indicando um ótimo caráter extrator dos Líquidos iônicos estudados. O modelo termodinâmico NRTL apresentou resultado satisfatório para todas as correlações, o erro médio calculado foi menor que 2%.

A procura por fontes de energia confiáveis para motores elétricos, levou a grande esforços de síntese de novos eletrólitos para uso em baterias de íon-Li, de modo a aliar eficiência e segurança. Líquidos iônicos têm sido largamente estudados para este propósito. Misturas do sal Li(CF3SO2)2N, LiTf2N, no líquido iônico (LI) formado pelo cátion 1-butil-2,3-dimetilimidazólio, BMMI, e o ânion (CF3SO2)2N-, bis(trifluorometanosulfonil)imideto, Tf2N, foram preparadas em diferentes concentrações. A adição do sal de lítio a este liquido iônico diminuiu a mobilidade de todas as espécies, especialmente o Li+. A condutividade estimada usando os dados de difusão (NMRPGSE), os dados da espectroscopia Raman e as simulações por Dinâmica Molecular sugerem a formação de agregados compostos por ânions Tf2N em torno do Li+, com os oxigênios do Tf2N direcionados para o cátion Li+. Estes agregados aumentam conforme aumenta a concentração de LiTf2N, contribuindo para a diminuição da condutividade. Para contornar este obstáculo, foram sintetizados líquidos iônicos contendo um átomo de oxigênio na estrutura do cátion, de modo a promover a competição com os oxigênios do Tf2N pelo cátion Li+, prevenindo Li+ de formar agregados de grande massa e melhorando sua difusividade. Os cations escolhidos foram o 1,2-dimetil-imidazólio e o N-metilmorfolino. Estes LI´s serão representados por [Et2OMMI][Tf2N] e [Et2OMor][Tf2N], respectivamente. Os resultados mostraram que [Et2OMMI][Tf2N] tem uma menor janela eletroquímica (3,8V) que [BMMI][Tf2N] (4,6V), mas o potencial de redução para ambos é igual, o que os torna resistentes à redução pelo lítio metálico. Estes dois LI´s tem quase a mesma densidade e a viscosidade de [Et2OMMI][Tf2N] é 20% menor que a de [BMMI][Tf2N]. Sendo menos viscoso, é esperado que [Et2OMMI][Tf2N] tenha uma maior condutividade. De fato, sua condutividade é 40% maior que a de [BMMI][Tf2N], o que sugere que o grupo éter adiciona alguma modificação estrutural ao sistema, mostrando que neste caso, as mudanças no transporte de carga não decorrem apenas em função da fluidez. Coeficientes de difusão de [Et2OMMI][Tf2N] são maiores que aqueles de [Et2OMor][Tf2N], mas um pouco menores que aqueles de [BMMI][Tf2N]. Também foram estudadas as mudanças nas propriedades físico-químicas em [BMMI][Tf2N] decorrentes da adição do gás SO2. Todas as propriedades de transporte tiveram aumento e uma diminuição na dinâmica de formação de pares iônicos foi sugerida pelos dados experimentais / The searching for reliable power sources for electrical engines has lead to great efforts in order to synthesize new electrolytes to be used in Li-ion batteries in order to make them powerful and safe. Ionic liquids have been widely studied for this purpose. Lithium salt solutions of Li(CF3SO2)2N, LiTf2N, in a room-temperature ionic liquid (RTIL), 1-butyl-2,3-dimethyl-imidazolium cation, BMMI, and the (CF3SO2)2N-, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion, Tf2N, were prepared in different concentrations. The addition of a lithium salt to this RTIL decreases the mobility of all species, especially Li+. Estimated conductivities (NMR-PGSE), Raman spectroscopy and Molecular Dynamics Simulation data suggest the formation of aggregates formed by [Tf2N] anions around Li+, with [Tf2N]´s oxygen atoms pointing toward Li+. These aggregates increase as LiTf2N content is increased, thus contributing to diminish conductivity. To overcome this obstacle, it was synthesized ionic liquids with ether-function-containing cations, so, oxygen atom from the ether group could compete for Li+ against the oxygen atoms from [Tf2N], preventing Li+ to form high mass aggregates improving the Li+ diffusion process. The chosen cations were the 1,2-dimethyl-imidazolium and N-methylmorpholine. RTILs were represented by [Et2OMMI][Tf2N] and [Et2OMor][Tf2N], respectively. Results show that [Et2OMMI][Tf2N] has a lower electrochemical window (3,8V) than [BMMI][Tf2N] (4,6V), but their reduction potential is equal, which makes them resistant to reduction by metallic lithium. These two RTIL´s have almost the same density and the viscosity of [Et2OMMI][Tf2N] is 20% lower than that of [BMMI][Tf2N]. Being less viscous, it is expected that [Et2OMMI][Tf2N] had a higher conductivity. It has in fact a conductivity 40% higher than [BMMI][Tf2N], which suggests that the ether chain add some structural modification to the system, showing that in this case, changes in charge transport is not only a function of the fluidity. Diffusion coefficients of [Et2OMMI][Tf2N] are higher than those of [Et2OMor][Tf2N], but a little bit lower than those of [BMMI][Tf2N]. It was also addressed the physical property changes in [BMMI][Tf2N] with the increasing addition of SO2. All the transport properties have improved and a decrease in ionic pair formation was suggested by experiment data

Os líquidos iônicos (LIs) são eletrólitos promissores para uso em baterias de lítio e outros dispositivos eletroquímicos, devido às suas propriedades físico-químicas únicas como, por exemplo, ampla faixa de temperatura como liquido, boa condutividade, baixa pressão de vapor e estabilidade térmica, química e eletroquímica. Um LI é composto normalmente por um cátion orgânico e um ânion orgânico ou inorgânico. Neste trabalho, foram sintetizados novos líquidos tanto modificando o ânion como o cátion. Em ambos os casos procurou-se LIs com ótimas propriedades de transporte e que melhorassem a condutividade do lítio em relação condutividade total da mistura LI - sal de lítio. Em primeira instância, foram sintetizados e caracterizados os seguintes líquidos iônicos derivados do ânion [B(CN)4]-: [BMPYR][B(CN)4] (N-butil-N-metilpirrolidínio tetracianoborato), [BMP][B(CN)4] (N-nbutil- N-metilpiperidínio tetracianoborato) e [BMMI][B(CN)4] (1-n-butil-2,3-dimetilimidazólio tetracianoborato), sendo os dois primeiros são líquidos na temperatura ambiente. Quando comparados com os derivados de bis(trifluorometanosulfonil)imideto, [Tf2N]-, os líquidos iônicos derivados de tetracianoborato apresentam melhores valores de condutividade e viscosidade, sendo isto refletidos em um maior valor do parâmetro condutividade do lítio (σLi). Além disso, estes LI possuem maior estabilidade química e eletroquímica. Utilizou-se a técnica de espectroscopia Raman para estudar os líquidos [BMPYR][B(CN)4] e [BMP][B(CN)4] e suas misturas com sal de lítio (0,1 molL-1 de LiB(CN)4), demostrando-se que a interação entre o íon lítio e o ânion tetracianoborato é muito baixa, o que explica o altos valores do número de transporte e condutividade do lítio nestes sistemas. já através da Modificação do cátion, foram sintetizados cinco líquidos iônicos derivados de fosfônio, usando sempre o ânion [Tf2N]-. Entre eles são líquidos na temperatura unicamente os LIs [P2225][Tf2N] (Bis(trifluormetilsulfonil)imideto de trieltilpentilfosfônio) e [P222(201)][Tf2N] (Bis(trifluormetilsulfonil)imideto de trietil(2-metoxietil)fosfônio). Estes líquidos apresentaram excelentes propriedades de transporte e estabilidade eletroquímica quando comparados com seus equivalentes derivados de nitrogênio. Quando se adicionou o sal de lítio, LiTf2N, em concentrações de 1 e 2 molL-1 , os líquidos apresentaram um decréscimo das propriedades de transporte, embora demostrarem efeito menor em comparação com os líquidos iônicos derivados de nitrogênio, apresentando inclusive maiores valores nos números de transporte e de condutividade do lítio nas misturas estudadas. / Ionic liquids (ILs), are of great interest nowadays as electrolytes for lithium ion batteries due their unique characteristics, which include: liquid state over a wide temperature range; nonvolatility, which assures thermal stability and nonflammability; high ion content, which results in high ionic conductivity; and excellent chemical and electrochemical stability. ILs consists of an organic cation and an inorganic or organic anion. In order to improve the transport properties, the cation and anion of the ionic liquid were changed. Three ionic liquids derived from the anion [B(CN)4]- were synthetized and chararacterized: [BMPYR][B(CN)4] (N-n-butyl-N-methylpyrrolidinium tetracyanoborate) [BMP][B(CN)4] (N-n-butyl-Nmethylpiperidinium tetracyanoborate) and [BMMI][B(CN)4] (1-n-butyl-2,3-dimethylimidazolium tetracyanoborate). The first two are liquid at room temperature. When comparing these ionic liquid with the analogous ones containing the anion Tf2N, it was found that ILs derivates from tetracyanoborate have better transport properties which is reflected in a larger value of parameter conductivity of lithium (σLi). Moreover these ILs have higher chemical and electrochemical stability. The Raman spectroscopy was employed to study the BMPYRB(CN)4 and BMPB(CN)4 liquids and their mixtures with lithium salt (0.1 mol L-1 of LiB(CN)4); it was demonstrated that the interaction between the lithium ion and anion tetracyanoborate is very low, which explains the high values of conductivity and transport numbers of lithium in these systems. Furthermore five ionic liquids from the phosphonium cation was synthesized always using the anion [Tf2N]-; being liquid at room temperature only the ILs [P2225][Tf2N] (triethyln-pentylphosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) and [P222(201)][Tf2N] (triethyl (2- methoxyethyl) phosphonium bis(trifluoromethylsulfonyl imide) imide). It was found that these liquids have excellent transport properties and electrochemical stability when compared with their counterparts derived from nitrogen; furthermore, when lithium salt LiTf2N, was added at concentrations of 1 and 2 mol L-1, the ILs containing the phosphonium cations have also shown a decrease in the transport properties, however, the effect is less pronounced when compared to ionic liquids derived from nitrogen, presenting higher transport number and lithium ion conductivity.

Líquidos iônicos (LI) e Poli(líquidos íonicos) (PLI) apresentam propriedades moduláveis extremamente interessantes, devido a possibilidade de infinitas combinações entre cátions e ânions, além da possibilidade de funcionalização tanto do cátion quanto do ânion para a inserção de propriedades de interesse, transformando esses LI e PLI em materiais de tarefa específica (task-LI e task-PLI). Nesta tese de doutorado, um PLI sólido, eletrocrômico e inédito foi sintetizado a partir de um LI funcionalizável e polimerizável (brometo de 1-cloropropil-3-vinilimidazólio) e o viologênio 4,4-bipiridina. Essa reação resultou em um monômero que teve sua estrutura intensamente elucidada e, em seguida, foi polimerizado, formando um polieletrólito sólido eletrocrômico estável mecanicamente e termicamente (309 °C). Os estudos espectroeletroquímicos a partir de um filme fino depositado sobre ITO revelaram um processo redox reversível com redução e oxidação nos potenciais de -0.45 e -0,3 V, respectivamente. O processo redox foi acompanhado por variação de coloração de transparente (estado totalmente oxidado) para roxo (estado reduzido/cátion radical) com contraste ótico de 19 % (525 nm), switching time de 20 s e eficiência da coloração (CE) de 60 cm2 C-1. A estabilidade eletroquímica do filme foi estudada via cronoamperometria e o material permaneceu eletroativo e eletrocrômico por 4 horas e 400 ciclos sem perdas consideráveis de eletroatividade. Além disso, mesmo após 16 h e 1600 ciclos o material apresentou eletroatividade com um decréscimo pequeno de corrente e variação de transmitância. Adicionalmente, o monitoramento do material com uma microbalança a cristal de quartzo com dissipação (QCM-D) indicaram que a compensação de carga do polímero é acompanhada por uma considerável variação de viscoelasticidade do filme e a principal espécie responsável pela compensação é o ânion, sendo o ânion volumoso [Tf2N] incapaz de compensar a carga do sistema impedindo o processo redox de ocorrer. Ainda com relação a capacidade de funcionalização dos LI, um LI inédito foi preparado a partir de um segundo LI funcionalizável (brometo de 1-cloropropil-1-metilpirrolidíneo) que foi elucidado por diversas técnicas incluindo ressonância magnética nuclear em duas dimensões de 1H, 13C e 15N (RMN 2D: COSY, NOESY, HSQC e HMBC) e RMN 15N. Dessa forma, um LI funcionalizado com aza-éter de coroa (LIcoroa) foi preparado a partir da reação do LI funcionalizável e o aza-18-coroa-6 e, novamente, a estrutura foi elucidada, incluindo RMN 2D. O LIcoroa apresentou boa estabilidade térmica (371 °C) e eletroquímica (janela de 4 V). A densidade do LI foi obtida no valor de 1,5 g cm-3 (25 °C). No entanto, a viscosidade do LI foi elevada afetando diretamente sua condutividade elétrica quando comparado com o LI bis(trifluorosulfonil)imida de 1-bultil-1-metilpirrolidíneo já amplamente estudado na literatura. Para aplicações, este LI coroa está sendo estudado para atuar como eletrólito em baterias de íon lítio devido a sua possível capacidade de complexar com este íon e diminuir a interação do Li+ com os oxigênios da espécie aniônica [Tf2N]. / Ionic Liquids (ILs) and poly(Ionic Liquids) (PoILs) have fully tunable properties due to their different ion combinations as well as cation or anion functionalization, which results in smart materials with endless possibilities. In this study, a solid electrochromic PoIL was synthesized using a novel functionalizable and polymerizable IL (1-propyl-3-vinylimidazolium chloride bromide) and a viologen (4,4\'-bipyridine) that reacted to form a monomer. Its subsequent polymerization resulted in a mechanically stable, highly ionically and electronically conductive electrochromic polyelectrolyte with a thermal decomposition temperature higher than 309°C and a glass transition temperature of 13°C. Spectroelectrochemical studies of the polymer deposited as a thin film over a transparent conductive substrate demonstrated a reversible redox process with reduction and oxidation potentials of -0.45 and -0.3V, respectively, which was accompanied by a reversible color change from colorless (oxidized state) to purple (reduced state) with an optical contrast of 19% at 525nm, a switching time of nearly 20s and a coloration efficiency of 60 cm2 C-1. Additionally, the film was repetitively switched from colorless to purple and began to lose electroactivity after approximately 4h and 400cycles. However, electroactivity was still observed after 16h or 1600cycles. Moreover, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring indicated that the polymer charge compensation process was accompanied by a huge viscoelastic change in the film, as demonstrated by the spread of the harmonics and important changes in dissipation. Moreover, the anion is the most important specie in the charge compensation process, the large anion [Tf2N] is unable to compensate the charge, preventing the redox process from occurring. Also regarding the functionalization capacity of LI, a novel LI was prepared from a second functionalizable LI (1-chloropropyl-1-methylpyrrolidinium bromide) which was intensively elucidated by several techniques including two-dimensional nuclear magnetic resonance 1H, 13C and 15N (2D NMR: COSY, NOESY, HSQC and HMBC). Thus, a functionalized LI with aza-crown ether (LIcrown) was prepared from the reaction of the functionalizable LI and aza-18-crown-6 and, again, the structure was elucidated, including 2D NMR. LIcrown presented good thermal stability (371 ° C) and electrochemistry (4 V window). The density of the IL was 1,5 g cm-3. However, the viscosity of the LI was elevated by directly affecting its electrical conductivity when compared to the 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluorosulfonyl)imide already widely studied in the literature. For applications, this LIcrown is being studied to act as an electrolyte in lithium ion batteries because of its possible ability to complex with this ion and to decrease the interaction of Li+ with the oxygen of the anionic species [Tf2N].

Cubosomes are nanostructures formed by the self-assembly of a lipid an aqueous solution, under certain experimental circumstances. Nanoparticles have been widely used as carriers of hydrophobic drugs, acting as a drug delivery method, with the potential to solve problems related to the drug, such as low solubility and instability. Theses facts are specially related to the cubic crystalline structure of these particles, in particular their large usable hydrophobic volume. The production of cubosomes relies on the self-assembly of lipids in excess of water, aided by the presence of a polymer acting as a emulsifier. The physicochemical properties of such particles can be characterized mainly by scattering techniques, namely small angle x-ray scattering (SAXS), dynamic light scattering (DLS), conventional and cryogenic transmission electron microscopy (TEM) and ζ (zeta) potential. This project aims the investigation of cubosomes production in the absence and presence of ionic liquids functionalized with alkyl chains, in order to produce cationic nanoparticles suitable for gene therapy, as in the case of DNA transfection. Cubosomes were prepared with two different lipid/polymer/water systems: phytantriol or monoolein stabilized with Puronic F127 in excess of water or buffer. Ionic liquid [C14mim][Cl] and cationic surfactant TTAB was added to these formulations and it was verified that the final dispersions contained cationic cubosomes. Particles positively charged with sizes between 300 nm and 350 nm and cubic crystalline internal structure were obtained and characterized. / Cubossomos não nanopartículas formas pela fase de auto-associação de um lipídio em solução aquosa, sob certas condições experimentais. Nanopartículas tem sido amplamente utilizadas como carreadores de fármacos hidrofóbicos, atuado como um método de entrega controlada, como potencial de resolver problemas relacionados ao fármaco, como baixa solubilidade e instabilidade. Esses benefícios estão especialmente relacionados com a estrutura interna cristalina dessas partículas, em particular, seu grande volume hidrofóbico. A produção de cubossomos baseia-se na auto-associação de lipídios em excesso de água, auxiliada pela presença de um polímero como estabilizador. As propriedades físico-químicas dessas partículas podem ser caracterizadas principalmente por técnicas de espalhamento, nomeadamente espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS), espalhamento de luz dinâmico (DLS), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), criogênica ou por contrastação negativa, e potencial ζ (zeta). Este projeto tem como objetivo investigar a produção de cubossomos na ausência e presença de líquidos iônicos funcionalizados com cadeias alquílicas, objetivando a produção de nanopartículas catiônicas compatíveis com uso em terapia gênica, como no caso de transfecção de DNA. Cubossomos foram preparados com dois sistemas diferentes: monoleína e phytantriol estabilizados com Pluronic F127 em excesso de água ou tampão. O líquido iônico [C14mim][Cl] e o surfactante catiônico TTAB foram adicionados a essas formulações e foi verificado que as soluções finais eram compostas por cubossomos catiônicos. Partículas carregadas positivamente com tamanhos entre 300 nm e 350 nm foram obtidas e caracterizadas.

Experimentalmente, a transição entre as fases gel e gel-líquida de bicamadas fosfolipídicas pode ser mensurada por técnicas de anisotropia de fluorescência. A partir de uma sonda interna à membrana, a diferença entre as radiações absorvida e emitida, causada pela rotação da sonda no intervalo de fluorescência, relaciona-se com a fluidez da membrana. Com esta técnica aplicada à sondas DPH, foi encontrada influência do líquido iônico (LI) C14MImCl na temperatura de transição de fase de fosfolipídios carregados (DPPG), mas não nos casos neutros (DPPC e DMPC). A temperatura de transição para DPPG apresenta queda de 45oC, em estado puro, para 26oC com concentração de 30%mol de LI. Neste estudo, simulações de dinâmica molecular foram conduzidas de forma a descrever as interações de LI com os fosfolipídios de bicamadas em dois casos, DPPC e DPPG, e de analisar o comportamento dinâmico da sonda. Diferentes condições iniciais de mistura entre lipídios e LI foram consideradas nas simulações. Os resultados indicam que, quando misturadas aleatoriamente, ambos os lipídios apresentam agregação espontânea, evoluindo para forma lamelar com LI distribuído uniformemente. Quando uniformemente distribuído, o LI diminuí a interação entre lipídios e outras moléculas do sistema nos dois casos, porém com maior intensidade em DPPG devido à repulsão dos contra íons catiônicos (Na+) do lipídio, enquanto que em DPPC os contra íons aniônicos provenientes do LI (Cl-) mantém-se perto da interface. O comportamento da sonda foi qualitativamente reproduzido e visto ser altamente correlacionado com a fluidez das caudas, medida por meio do parâmetro de ordem deutérica. Por conta da equivalência das caudas entre DPPC e DPPG, encontrou-se omportamento similar nos dois sistemas. / The gel-liquid phase transition of phospholipid bilayers can be experimentally measured via fluorescence anisotropy techniques. Using a fluorescent probe within the membrane, the difference between absorbed and emitted radiation due to rotational movement can be related to the bilayer fluidity. The use of the fluorescent probe DPH shows the influence of the ionic liquid (IL) C14MImCl on the phase transition temperature of charged lipids (DPPG) but not neutral ones (DPPC and DMPC). The phase transition temperature for DPPG bilayers dropped from 45oC, in pure state, to 26oC, with 30%mol concentration of IL. In this study, molecular dynamics (MD) simulations were performed in order to describe the IL interactions with the phospholipids in the membranes for two cases, DPPG and DPPC, and to analyze the dynamical behavior of the probe. Different initial conditions of the mixture between IL and lipids were considered in the simulations. The results indicate that in random initial conditions, both lipids spontaneously aggregates with the IL into a bilayer shape with IL uniformly distributed across it. The uniform distribution of IL in the membranes decreased the total interaction of the lipids and the other molecules in the system for both cases, but with higher influence in DPPG due to repulsion of cationic counter ions from the lipids (Na+), whereas in DPPC the anionic counter ions from IL (Cl-) remained closer to the bilayer interface. The probe behavior was qualitatively verified and found to be highly correlated with the lipid tails fluidity, through the calculated Deuter order parameter. Because of tails equivalence between the DPPG and DPPC, it was found a similar behavior of the probe in both systems.

Esta tese tem como objetivo a derivatização da celulose sob condições homogêneas de reação, através de um método simples, reprodutível e eficiente. As três etapas de derivatização da celulose (ativação, dissolução, e reação) foram estudadas com ênfase na relação entre a estrutura do biopolímero, as condições da reação e as propriedades dos derivados obtidos. Foi realizado estudo do intumescimento de celuloses (microcristalina, algodão, eucalipto, algodão mercerizado e eucalipto mercerizado) em solventes próticos e apróticos. O intumescimento foi correlacionado com as propriedades dos solventes. Nos próticos, as celuloses nativas e mercerizadas foram sensíveis aos mesmos quatro descritores (acidez, basicidade, dipolaridade/polarizabilidade e volume molar), porém, a contribuição relativa dessas propriedades foi diferente, sendo que no caso da celulose MC e das nativas a dipolaridade/polarizabilidade foi mais significativo e para as celuloses mercerizadas o volume molar foi o descritor mais importante. Para o intumescimento em solventes apróticos, para as celuloses mercerizadas, boas correlações foram obtidas empregando apenas um descritor (dipolaridade/polarizabilidade). No intumescimento intracristalino, investigamos as mudanças nas propriedades físico-químicas após a mercerização. Este tratamento resultou em: ocorreu aumento no teor de α-celulose; diminuição da cristalinidade; redução da espessura da fibra; remoção de fragmentos da superfície; aumento na área superficial. Salientamos que não ocorre uma diminuição significativa no grau de polimerização das celuloses. Empregamos uma nova classe de solvente (líquidos iônicos) para a dissolução e subsequente funcionalização da celulose. Tanto na dissolução por aquecimento térmico ou por micro-ondas a integridade física da celulose foi mantida. Alem disto, observamos que a dissolução facilita a acessibilidade/reatividade da celulose, pois ocorre a diminuição do índice de cristalinidade e o aumento da área superficial. O uso de aquecimento por micro-ondas mostrou-se mais rápido e eficiente do que aquecimento térmico, sendo que tempo necessário para a dissolução e acilação da celulose foi de 25 a 30% menor daquele com aquecimento térmico. O líquido iônico (AlBuImCl) mostrouse um excelente solvente em termos de controle do GS e reprodutibilidade do mesmo. Realizou-se um estudo da dependência das propriedades dos acetatos de celulose e seus filmes com o grau de substituição do biopolímero. Foram empregadas sondas solvatocrômicas e medidas térmicas para investigar as propriedades de filmes de acetatos de celulose. Os resultados obtidos mostraram que a dependência de tais propriedades sobre o grau de substituição dos acetatos de celulose pode ser descrita por equações simples. Por fim, desenvolveu-se um método simples, rápido, e preciso para a determinação do GS de ésteres de celulose (acetato, butirato e hexanoato), através do uso de sondas solvatocrômicas / The objective of this thesis is to study some aspects of the derivatization of cellulose under homogeneous reaction conditions. The three steps of this reaction scheme (activation, dissolution and derivatization) were studied, with emphasis on the relationship between the biopolymer structure, the conditions of the reaction and the properties of the products. Swelling of different celluloses (microcrystalline (MC), cotton linter, eucalyptus, cotton linter mercerized, eucalyptus mercerized) by protic and aprotic solvents was determined. The results were correlated with a series of solvent descriptors. For protics solvents, although native and mercerized celluloses are sensitive to the same set of four solvent properties (acidity, basicity, dipolarity/polarizability, and molar volume), the relative contributions are different; π* is most important for MC and native celluloses, VS is most important for mercerized celluloses. Because of absence of hydrogen-bon donation by aprotics solvents, a smaller number of solvent descriptors is required in order to describe cellulose swelling. For example, the swelling of mercerized cellulose can be reasonably described by a single descriptor (dipolarity/polarizability). The effect of mercerization on cellulose properties was investigated; it leads to: increase of α-cellulose content; decrease of Ic; decrease of fiber cross section, smoothing of its surface, and increase of its surface area. The ionic liquid 1-allyl-3-(1-butyl)imidazolium chloride showed to be a convenient reaction medium for the dissolution and derivatization of cellulose, with reproducible easily controlled degree of substitution, DS. The physical integrity of the cellulose is maintained during dissolution by using either \"conventional\" or convection-, or microwave heating. Compared with the former, MW irradiation has resulted in considerable decrease in dissolution- and reaction times. The value DS was found to be DSethanoate > DSpropanoate > DSbutanoate. The values of DSpentanoate and DShexanoate were found to be slightly higher than DSethanoate. The dependence of the properties of cellulose acetates and their films on the degree of biopolymer substitution was investigated. Solvatochromic probes and thermal analysis have been employed. The results showed that the dependence of the properties (solvatochromic parameters and thermal properties) of CAs on their DS can be described by simple equations; a consequence of the substitution of the OH by the ester group. Finally, an expedient, accurate method for the determination of the degree of substitution of cellulose carboxylic esters (ethanoate, butanoate and hexanoate) was developed, using Uv-vis spectroscopy (dye perichromism)