Trabajo de Investigación Requisito para optar al Título de Cirujano Dentista / “Evaluación de la actividad antibacteriana in vitro de nanopartículas de cobre frente a Enterococcus faecalis” Introducción La patología pulpar y periapical se origina de una infección bacteriana que invade el sistema de canales radiculares, dando una respuesta inmunoinflamatoria en el hospedero, la que posteriormente se traduce en la destrucción de los tejidos perirradiculares. Existen microorganismos que son capaces de resistir los procedimientos endodónticos, identificándose dentro de éstos a Enterococcus faecalis, responsable de fracasos de tratamiento y patología endodóntica persistente. Por esta razón, existe la medicación intracanal, la cual pretende eliminar microorganismos remanentes, dejando un agente antimicrobiano entre sesiones clínicas. En la actualidad, el medicamento más efectivo y comúnmente usado, es el hidróxido de calcio. Sin embargo, se ha observado que esta bacteria, en algunos casos, no es susceptible a su acción antimicrobiana. Las nanopartículas metálicas, como las de cobre, aparecen como una nueva alternativa de antimicrobianos, cuyo efecto ya ha sido demostrado contra algunos microorganismos orales, tales como Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Candida albicans y Streptococcus mutans. Sin embargo, no existen referencias de estudios frente a patógenos endodónticos. En el presente proyecto, se propone estudiar la actividad antibacteriana de las nanopartículas de cobre frente a Enterococcus faecalis. Materiales y métodos Se determinó la concentración mínima inhibitoria y concentración mínima bactericida de nanopartículas de cobre frente a Enterococcus faecalis, a partir del método de macrodilución. Para evaluar la efectividad antimicrobiana intracanal, se contaminaron especímenes de dientes con Enterococcus faecalis y se procedió a medicar el canal radicular con nanopartículas de cobre a distintas concentraciones. Además, se utilizó como control un grupo con hidróxido de calcio y un tercer grupo sin medicamento. Dicha medicación se dejó por 1 y 7 días; posteriormente, se sembró y realizó recuento de unidades formadoras de colonias. Resultados Las nanopartículas de cobre presentaron acción antimicrobiana frente a Enterococcus faecalis in vitro, con valores de concentración mínima inhibitoria y concentración mínima bactericida de 150 ppm y 225 ppm, respectivamente. Al ser utilizadas como medicación intracanal en un modelo in vitro, su efecto antimicrobiano a 150 ppm y 300 ppm fue equivalente a la acción de Ultracal XS®. Observaciones mediante microscopía electrónica de barrido, demostraron que las nanopartículas de cobre, además de tener un efecto bactericida, remueven bacterias de la superficie radicular y alteran su morfología. Conclusiones Mediante la determinación de los valores de concentración mínima inhibitoria y concentración mínima bactericida, se comprobó la hipótesis de que las nanopartículas de cobre presentan actividad antimicrobiana frente a la bacteria endodóntica Enterococcus faecalis. Al utilizar las nanopartículas de cobre como medicación en un modelo intracanal presentan una acción antimicrobiana equivalente a la presentada por Ultracal XS®. El Análisis por microscopía electrónica de barrido y microanálisis elemental por energía dispersiva de rayos x sugiere que además del mecanismo bactericida de las nanopartículas de cobre, tendrían una acción antimicrobiana removiendo el biofilm desde el sistema de canales radiculares mediante un efecto anti-fouling. Las actividad antimicrobiana presentada por las nanopartículas de cobre frente a Enterococcus faecalis sugiere que podría ser evaluada en el futuro como alternativa de agente antimicrobiano en procedimientos endodónticos. / Adscrito a Proyecto PRI-ODO 15-004.

Os compostos com estruturas peroviskitas (ABO3), em particular o PbTiO3 (PT), na sua forma cristalina mostram comportamento de um semicondutor com um “band gap” de energia de aproximadamente 3 eV. Na forma amorfa, estes materiais apresentam emissão de fotoluminescência na região do visível à temperatura ambiente quando preparados pelo método Pechini. Neste sentido decidiu-se pesquisar um método alternativo para a obtenção do PT nanoestruturado e amorfo a partir do PT cristalino. Tal nanoestrutura pode ser obtida por moagem mecânica de alta energia. O processamento por moagem de alta energia foi realizado em um moinho mecânico do tipo atritor. O acompanhamento estrutural e microestrutural da evolução da amorfização em função do tempo de moagem foi realizado por difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão. A variação do tamanho dos cristalitos foi acompanhada através da análise do alargamento dos picos de difração de raios X. O fenômeno de fotoluminescência dos pós moídos foi acompanhado por meio do espalhamento Raman e de técnicas de absorção óptica (fotoluminescência e UV-Visível). Os resultados mostram que o processamento utilizado modifica a superfície das partículas, deixando num estado altamente desordenado. O alto grau de desordem estrutural é suficiente para gerar muitos estados eletrônicos localizados dentro do gap de energia. Isto resulta em um decaimento radiativo de transições eletrônicas, que possivelmente devem ser responsáveis pela fotoluminescência. Além disso, verificou-se que a eficiência do processo de moagem aumenta quando são usados esferas com tamanho reduzido, pois a área de contato entre a superfície da esfera e a amostra aumenta. Isto sugere que o processo de amorfização é provocado preferencialmente por cisalhamento.

Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / En los últimos años la mayoría de los fármacos producidos por la industria farmacéutica innovadora presentan problemas de solubilidad acuosa, lo que reduce la biodisponibilidad de estos y dificulta su formulación. Una opción para vehiculizar estos fármacos es mediante el uso de la nanotecnología utilizando matrices poliméricas. Para la generación de nanopartículas poliméricas, el método de nanoprecitación es una opción interesante, ya que es simple, rápido, escalable y utiliza materiales poco tóxicos. Sin embargo, su principal limitante es la facilidad con que se generan agregados. El objetivo de este trabajo es encontrar las condiciones para la generación de nanopartículas poliméricas de reducido tamaño (menores a 150 nm), con distribución de tamaños monodispersa y monomodal, en un solo paso, de forma reproducible y sin la necesidad de utilizar filtros. La primera parte de este trabajo corresponde al desarrollo experimental para encontrar las condiciones adecuadas de producción. Aquí, se busca desarrollar un protocolo para obtener una población de nanopartículas monodispersa a partir de los polímeros Eudragit® RS, Eudragit® RL y policaprolactona, polímeros de propiedades variadas. Esto permitirá tener un mayor espectro de nanovehículos disponibles para encapsular fármacos con propiedades fisicoquímicas diversas. La segunda parte de este trabajo emplea la química computacional, específicamente la dinámica molecular, para realizar modelos que permitan comprender el fenómeno en la escala de átomos y moléculas, difícil de observar con los equipos disponibles. De este modo, se desarrolla un modelo de policaprolactona Coarse Grain para dinámica molecular que permite realizar simulaciones en tiempos acotados y ofrezca la posibilidad de complejizarse sin elevados costos computacionales. Dentro de los principales hallazgos de este trabajo, se encuentra la generación de nanopartículas monodispersas de polímeros hidrofóbicos, con estructuras variadas a través de la sistematización diferentes estrategias. En lo que respecta a la dinámica molecular, el modelo Coarse Grain de policaprolactona precipita en medio acuoso y es capaz de reducir el tiempo de simulación 20 veces. Este trabajo logra generar de forma rápida y reproducible un espectro de nanovehículos monodispersos para futuras aplicaciones, además de facilitar el diseño de nuevas formulaciones considerando el protocolo establecido. Estas nanopartículas serían útiles para realizar posteriores estudios biológicos con mayor trazabilidad / In the last few years, most innovative drugs produced by the pharmaceutical industry exhibit aqueous solubility problems, impairing their formulation and reducing their bioavailability. An option for drug delivery is the use nanotechnology based on polymeric matrices. For the generation of these nanoparticles, the nanoprecipitation method is an interesting option, being simple, fast, scalable and susceptible to formulate using less toxic materials. Nevertheless, the main limitation of this technique is the nanoparticle tendency to aggregate. The aim of this work is, firstly, to find the conditions for the generation of polymeric nanoparticles of reduced size (less than 150 nm), in a single step, with a monodisperse and monomodal size distribution, and without the use of filters. We used the polymers Eudragit® RS, Eudragit® RL and polycaprolactone (polymers with different physicochemical characteristics), to obtain a wide spectrum of nanoparticles for drug encapsulation. Secondly, to understand the process at a molecular and atomic scale (both difficult to observe with the available equipment), we explored the use of computational chemistry, specifically molecular dynamics. Thus, a polycaprolactone molecular dynamics Coarse Grain model was developed to simulate in short time lapses, and with the potential to enhance the complexity without high computational costs. Among the principal findings of this thesis, conditions for monomodal nanoparticles of hydrophobic polymers were found, with diverse structures through the systematization of different strategies. Regarding molecular dynamics, the polycaprolactone Coarse Grain model showed the polymer precipitation in aqueous medium and was capable of reducing the simulation time 20-fold. These findings could be used in formulating nanoparticles that could allow achieving more traceable biological studies

Da a conocer los diversos tipos de síntesis de las nanopartículas metálicas, entre ello tenemos los métodos físicos y químicos; también se observa que las propiedades de las nanopartículas dependen de su tamaño; se describen sus diferentes aplicaciones en la medicina, en el tratamiento del agua, etc. / Trabajo de suficiencia profesional

Finalista del concurso Tesis en 3 Minutos (3MT) UPC 2018, categoría Docentes. / Las nanopartículas dopadas con lantánidos presentan aplicaciones interesantes en el campo de la biomedicina, debido a sus emisiones fluorescentes. En este trabajo se han utilizado las emisiones fluorescentes de nanopartículas de NaYF4: Er3+, Yb3+, Nd3+ en 525 nm y 545 nm (color verde), para determinar la temperatura de las nanopartículas y su entorno. Estas emisiones por upconversion son producidas al excitar los iones de Yb3+ con un láser de 980 nm, al incorporar los iones de Nd3+, se obtiene la misma emisión con un láser de 880 nm (preferible en aplicaciones con tejido humano). El comportamiento de estas emisiones fluorescentes en verde es sensible a los cambios de temperatura, por lo que se utiliza para la calibración de nanotermómetros.

Durante la presente tesis doctoral se llevó a cabo el estudio del proceso de formación por vía electroquímica y caracterización de nanoestructuras conformadas por uno o dos metales, con potenciales propiedades electrocatalíticas para diferentes reacciones de interés. Los sistemas estudiados fueron estructuras constituidas por Au, Pt y Pt/Au soportadas sobre sustratos carbonosos de grafito pirolitico altamente orientado (HOPG) y carbón vítreo (CV). Las estructuras metálicas fueron depositadas sobre dichos sustratos a partir de soluciones acuosas en medio ácido, conteniendo sales de dichos metales, empleando técnicas electroquímicas convencionales. Las microscopías STM, AFM ex-situ, y SEM-EDX se usaron para la caracterización superficial de los depósitos formados. Inicialmente se analizó la cinética de nucleación y crecimiento del Au sobre HOPG y CV. En ambos casos, la deposición de Au siguió un mecanismo de nucleación y crecimiento 3D controlado por difusión. El análisis por AFM corroboró este mecanismo, pudiéndose también analizar los sitios de nucleación y la distribución de tamaño de las partículas generadas. En el caso del sustrato de HOPG, se pudieron determinar las condiciones experimentales adecuadas para la formación de estructuras unidimensionales sobre los bordes de escalón, que fueron luego caracterizadas por AFM y SEM. Para este tipo de depósitos, se efectuó un estudio teórico-computacional confirmando la tendencia de los átomos de Au a ubicarse sobre los bordes de escalón del HOPG para posteriormente formar nanoalambres continuos. Luego se estudió la deposición de Pt sobre los sustratos de HOPG y CV, demostrando que el proceso sigue también un mecanismo de nucleación y crecimiento 3D controlado por difusión en ambos sustratos. El fenómeno de la deposición espontánea del Pt sobre ambos electrodos fue igualmente estudiado, evidenciándose, la formación de partículas de mayor tamaño con el incremento del tiempo de inmersión. Para el electrodo de HOPG, se observaron además, junto con estas partículas, arreglos ordenados de depósitos cuya naturaleza es aún desconocida, los que pueden atribuirse tanto al Pt, como a defectos superficiales. Para el caso del CV, los depósitos obtenidos espontáneamente presentaron forma hemisférica, distribuidos sobre toda la superficie del sustrato; como así también depósitos de forma dendrítica de gran tamaño. Para ambos sustratos, el análisis EDX corroboró la presencia de C y Pt en la superficie, y para el CV se observó también la presencia de oxígeno debido a óxidos superficiales. Finalmente, las partículas bimetálicas de Pt/Au fueron producidas sobre CV mediante el proceso de reemplazo redox limitado a la superficie, SLRR (Surface Limited Redox Replacement), utilizando el Cu como capa de sacrificio. Se estudió la deposición a subpotencial de Cu sobre las partículas de Au para determinar las mejores condiciones de deposición, y las partículas así obtenidas fueron expuestas a una solución de Pt para conformar el sistema bimetálico. Según estudios preliminares mediante voltamperometría cíclica, es factible que los sistemas bimetálicos estudiados (Ptn-Au20 s y Ptn-Au30 min) puedan ser utilizados como electrocatalizadores para la reacción de oxidación del metanol en medio ácido, y para la reacción de desprendimiento de hidrógeno, evidenciándose un efecto sinérgico entre ambos metales. / During the present doctoral thesis the study of the electrochemical formation process and characterization of nanostructures composed by one or two metals, with potential electrocatalytic properties for different reactions of interest, was performed. The studied systems were structures composed of Au, Pt and Pt/Au supported on HOPG and GC carbonaceous substrates. The metallic structures were deposited on these substrates from aqueous solutions in acidic medium containing salts of such metals, employing conventional electrochemical methods. The ex-situ STM and AFM and SEM-EDX were used for the surface characterization of the formed deposits. Initially, the nucleation and growth kinetics of Au on HOPG and GC was analyzed. In both cases, the deposition of Au followed a 3D nucleation and growth mechanism controlled by diffusion. The AFM images corroborated this mechanism, allowing also to analyse the nucleation sites and the size distribution of the generated particles. In the case of the HOPG substrate, it was possible to determine suitable experimental conditions for the formation of one-dimensional structures on the step edges. The generated structures were then characterized by AFM and SEM. For this type of deposits, theoretical calculations were carried out confirming the tendency of Au atoms to place on the HOPG step edges and to form later continuous nanowires. Afterwards, the deposition of Pt on HOPG and GC substrates was studied, showing that, the deposition also followed a 3D nucleation and growth mechanism controlled by diffusion. The phenomenom of spontaneous deposition of Pt on the carbonaceous substrates was also studied, evidencing the formation of larger particles with the increase of immersion time. For the HOPG electrode, it was also observed, together with these particles, ordered arrays of deposits of uncertain nature that they could be related to the Pt or surface defects. In the case of GC, the deposits obtained spontaneously presented hemispherical shape, distributed over the entire substrate surface, but large dendritic deposits were also observed. The EDX analysis corroborated the presence of C and Pt on the surface, and for the GC, the EDX spectrum revealed also the presence of O due to superficial oxides. Finally, the Pt/Au bimetallic particles were produced by means of the process surface limited redox replacement (SLRR), using Cu as sacrificial layer. The underpotential deposition of Cu on Au particles was studied in order to obtain the best deposition conditions, and the obtained CuUPD/Au particles were exposed to Pt solution to constitute the bimetallic system. According to preliminary cyclic voltamperometric studies, it is feasible that the studied bimetallic systems (Ptn-Au20 s, Ptn-AU30 min) can be used as electrocatalysts for the methanol oxidation reaction in acidic medium, and for the hydrogen evolution reaction, showing a synergistic effect between the two metals.

En la presente Tesis Doctoral se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización de nanopartículas de cobre y de hierro, para su aplicación en diferentes transformaciones de gran interés en síntesis orgánica, con el objeto principal de desarrollar nuevas herramientas sintéticas de implementación sencilla, de bajo costo y de escaso impacto ambiental. Se describe la metodología utilizada para la preparación de las nanopartículas mencionadas, a partir de los sistemas CuCl22H2O-Liareno(cat.), CuCl2-Li-areno(cat.), FeCl24H2O-Li-areno(cat.) y FeCl2-Liareno(cat.), y su caracterización a través de técnicas de Microscopía de Transmisión Electrónica, Energía Dispersiva de Rayos X, Difracción de Rayos X, y Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X. Para ambos metales se encontraron nanopartículas de simetría esférica, con una estrecha distribución de tamaños (3.0 1.0 nm para el cobre y 3.5 1.0 nm para el hierro). Las nanopartículas de cobre y de hierro generadas a partir de los sistemas uCl22H2O-Li-areno(cat.) y FeCl24H2O-Li-areno(cat.), en los cuales el agua de hidratación de las sales metálicas actúa como fuente de hidrógeno, fueron aplicadas con éxito a la reducción de una gran variedad de grupos funcionales de interés en síntesis orgánica. En particular, se llevó a cabo la reducción de: a) derivados halogenados alquílicos y aromáticos, incluyendo la reducción completa de derivados aromáticos polihalogenados; b) mesilatos y triflatos derivados de alcoholes, obteniéndose los correspondientes productos de desoxigenación; y enol triflatos derivados de cetonas, permitiendo la síntesis de olefinas a partir de compuestos carbonílicos; c) aldehídos, cetonas, compuestos carbonílicos a,b-insaturados e iminas, dando lugar a la obtención de los alcoholes y aminas correspondientes; y d)derivados nitro aromáticos, permitiendo el acceso a diferentes azo compuestos funcionalizados. La metodología empleada permitió, además, la obtención de productos marcados isotópicamente con deuterio, de una manera sencilla y económica, utilizando en los sistemas reductores las correspondientes sales metálicas hidratadas con agua deuterada. Por otra parte, las nanopartículas de hierro y de cobre generadas a partir de los sistemas FeCl2-Li-DTBB(cat.) y CuCl2-Li-DTBB(cat.) promovieron eficientemente el homoacoplamiento de reactivos de Grignard, permitiendo la síntesis de una gran variedad de compuestos biarílicos y biheteroarílicos simétricos. Finalmente, el sistema CuCl2-Li- DTBB(cat.), demostró ser un catalizador muy eficiente en la cicloadición 1,3-dipolar de azidas y alquinos terminales, permitiendo la síntesis de 1,2,3-triazoles con excelente regioselectividad. / In the present Doctoral Thesis, the synthesis and characterization of copper and iron nanoparticles, as well as their application to different organic synthetic transformations has been carried out; the main objective being the development of new and simple synthetic tools, with low cost and low environmental impact. It is described the methodology for the preparation of the above mentioned nanoparticles starting from the CuCl22H2O-Li-arene(cat.), CuCl2-Li-arene(cat.), FeCl24H2O-Li-arene(cat.) and FeCl2-Li-arene(cat.) systems, and its characterization using Transmission Electronic Microscopy, Energy Dispersive X Ray, X Ray Diffraction, and X Ray Photoelectronic Spectroscopy. For both metals, it was found the presence of spherical nanoparticles, with a narrow size distribution (3.0 1.0 nm for copper, and 3.5 1.0 nm for iron). The copper and iron nanoparticles prepared from the CuCl22H2O-Liareno(cat.) y FeCl24H2O-Li-areno(cat.) systems, in which the hydration water is the main hydrogen source, successfully promoted the reduction of the following organic functional groups: a) alkyl and aryl halides, including the complete reduction of polyhalogenated aromatic compounds; b) mesylates and triflates derived from alcohols, affording the corresponding deoxygenation products; and enol triflates derived from ketones, allowing the synthesis of olefins from carbonyl compounds; c) aldehydes, ketones, a,b-insaturated carbonyl compounds and imines, giving the corresponding alcohols and amines; and d) nitro aromatic derivatives, allowing the access to different functionalized azo compounds. The use of deuterium oxide, instead of water, in the corresponding hydrated metallic salts, have made it possible the preparation of deuterium labeled products, in a simple and economic way. On the other hand, the copper and iron nanoparticles prepared from the FeCl2-Li-DTBB(cat.) y CuCl2-Li-DTBB(cat.) systems, have been found to promoted the homocoupling of Grignard reagents, allowing the synthesis of a wide variety of symmetrical biarylic and biheteroarylic compounds. Finally, the CuCl2-Li-DTBB(cat.) system, efficiently catalyzed the 1,3-dipolar cycloaddition of azides and terminal alkynes, leading to the synthesis of the corresponding 1,2,3-triazoles with excellent regioselectivity.

En la presente Tesis Doctoral se describe la síntesis y caracterización de nanopartículas de cobre, cobalto, manganeso, titanio y oro, tanto soportadas como sin soportar, para su aplicación en diversas transformaciones químicas de gran interés en síntesis orgánica, con el objeto principal de desarrollar nuevos catalizadores que presenten elevada actividad catalítica, y que al mismo tiempo sean económicos, amigables con el medioambiente y fácilmente recuperables. En primer lugar, se describe la metodología empleada para la síntesis de las distintas nanopartículas metálicas por reducción de las correspondientes sales metálicas, a través sistemas del tipo MCln-Liareno( cat.), MClnBmH2O-Li-areno(cat.) o MCln-Li-areno(cat.)/H2. La elección de uno u otro sistema está relacionada con la transformación química a estudiar, así, en las reacciones de acoplamiento se utilizaron las correspondientes sales metálicas anhidras, mientras que en las reacciones de reducción, en las cuales es necesaria una fuente de hidrógeno, se utilizaron las sales metálicas hidratadas o las sales anhidras en atmósfera de hidrógeno. A continuación, se detalla la caracterización completa de todos los catalizadores sintetizados, haciendo uso de distintas técnicas analíticas: microscopía de transmisión electrónica (TEM), energía dispersiva de rayos X (EDX), difracción de rayos X (XRD), reducción a temperatura programada (TPR), área superficial por adsorción de N2 (BET), espectroscopia de absorción ultravioleta-visible (UV-Vis), espectroscopia de emisión atómica con plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) y espectrometría de absorción atómica (AAS). En una segunda parte, se describen los sistemas reactivos empleados para promover una gran variedad de reacciones de acoplamiento, junto con los resultados y conclusiones obtenidas a partir de cada estudio. De esta manera, a través de sistemas del tipo MCl2-Li-DTBB(cat.) (M = Co o Ti) se llevó a cabo el acoplamiento reductivo de compuestos carbonílicos para obtener selectivamente dioles u olefinas. El sistema CuCl2-Li-DTBB(cat.) se empleó para promover el homoacoplamiento de alquinos terminales dando lugar a la obtención de diinos simétricos. Por su parte, el sistema Li areno(cat.), en ausencia de nanopartículas metálicas, fue capaz de promover la aminación reductiva directa de aldehídos tanto alifáticos como aromáticos. Se describe también, la preparación de nanopartículas de cobre soportadas sobre un soporte magnético, y su aplicación en diversas reacciones de acoplamiento, tales como el homoacoplamiento de alquinos terminales, la cicloadición 1,3-dipolar de azidas orgánicas y alquinos terminales, el acoplamiento tricomponente de aldehídos, alquinos terminales y aminas secundarias, y la N-arilación de imidazoles. Se estudió en este caso, la recuperación y reutilización del catalizador, aprovechando las propiedades magnéticas del mismo. Finalmente, se describen los sistemas reactivos empleados para llevar a cabo distintas reacciones de reducción. Los hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs) fueron eficientemente reducidos a través de sistemas del tipo MCl2BmH2O-Li (M = Co o Mn, m = 2, 4), actuando el mismo PAH como areno transportador de electrones. En este caso, también se obtuvieron productos marcados isotópicamente con deuterio, a través del empleo de las correspondientes sales metálicas hidratadas con agua deuterada. Además, se estudiaron sistemas reactivos del tipo MCln-Li-DTBB(cat.)/H2 (Au o Cu), para la generación de nanopartículas de cobre u oro, desnudas o soportadas sobre sílica o materiales mesoporosos (MCM-41), con la finalidad de estudiar la hidrogenación selectiva del enlace C=O en aldehídos a,b-insaturados. Se realizó un estudio comparativo entre los distintos catalizadores empleados, evaluando parámetros de importancia tales como su actividad catalítica, selectividad y conversión hacia el producto deseado. / The present Doctoral Thesis describes the synthesis and characterization of naked and supported copper, cobalt, manganese, titanium and gold nanoparticles, for their application in very important synthetic transformations, the main goal of the work being the development of new catalysts with high activity, low cost, low environmental impact and easily recoverable. It is described the methodology for the synthesis of the above mentioned metal nanoparticles by reduction of the corresponding metal salts through MCln-Li-arene(cat.), MClnBmH2O-Li-arene(cat.) o MCln-Liarene( cat.)/H2 reactive systems. The choice of one or another system depends on the chemical transformation studied, thus, for coupling reactions the corresponding anhydrous salts were used, whereas for reduction reactions, for which a source of hydrogen is needed, the corresponding hydrated salts or the anhydrous ones under hydrogen atmosphere were utilized. Then, it is described the full characterization of the catalysts, by means of different techniques such as transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X ray (EDX), X ray difraction (XRD), temperature-programed reduction (TPR), surface area by physical adsorption of N2 (BET), ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES), atomic absorption spectrometry (AAS). In the second part of the manuscript, the reactive systems used for promoting a variety of coupling reactions are described. Thus, the reductive coupling of carbonyl compounds to selectively give diols or olefins was carried out using reactive systems of the type MCl2-Li-DTBB(cat.) (M = Co o Ti). The system CuCl2-Li-DTBB(cat.) allowed the synthesis of symmetric diynes through the homocoupling reaction of terminal alkynes. On the other hand, the Li-arene(cat.) system, in the absence of metal nanoparticles, was able to promote the direct reductive amination of both aliphatic and aromatic aldehydes. The synthesis of copper nanoparticles supported on a magnetic nanomaterial is also described. This catalyst was applied to a variety of coupling reactions, such as terminal alkyne homocoupling, 1,3- dipolar cycloaddition of azides and terminal alkynes, three-component coupling of aldehydes, terminal alkynes and secondary amines, and Narylation of imidazoles. The recovery and reuse of the catalyst was also studied in this case. Finally, reactive systems utilized for different reduction reactions are described. Policyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were efficiently reduced using reactive systems of the type MCl2BmH2O-Li (M = Co o Mn, m = 2, 4), the PAH itself acting as electron carrier. In this case, deuterium labelled compounds were easily obtained by using the corresponding deuterated metal salt. On the other hand, reactive systems of the type MCln-Li- DTBB(cat.)/H2 (Au o Cu) were used for the preparation of copper or gold nanoparticles, both naked or supported on silica or mesoporous materials (MCM-41), for their application in the selective hydrogenation of the C=O bond in a,b-unsaturated aldehydes. A comparative study between the different catalysts was carried out by assessing important factors such as its catalytic activity, selectivity and conversión to the desired product.

Orientador: Nelson Eduardo Duran Caballero / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T21:56:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gaspari_PriscylaDanielyMarcato_D.pdf: 6273192 bytes, checksum: db4849654c2571f8912e25f768fdb43b (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste projeto foi a preparação e a caracterização de sistemas micro e nanoestruturados no carreamento de diferentes substâncias. Micro e nanopartículas poliméricas, nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) e nanopartículas de prata assim como duas substâncias com diferentes solubilidades: um modelo de tripeptídeo (glutationa) hidrofílico e um filtro solar hidrofóbico (benzofenona-3) foram estudados. O objetivo deste trabalho foi a produção de uma plataforma de sistema micro e nanoestruturados com aplicação cosmética e farmacológica. Para isto, diferentes polímeros e lipídios foram estudados na preparação das partículas. Os métodos de preparação dos sistemas foram dependentes da solubilidade dos ativos assim como do tipo de material de cobertura. O método utilizado na preparação de nanopartículas de alginato/quitosana foi gelificação iônica. Para os polímeros poli(e-caprolactona) (PCL) e poli(hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) (PHBV) foram utilizados os métodos de nanoprecipitação e emulsão (dupla ou simples) e evaporação de solvente. As NLS foram preparadas pelo método de homogeneização à alta pressão a quente e as nanopartículas de prata foram preparadas pelo método biossintético utilizando o fungo Fusarium oxysporum. A eficiência de encapsulamento do ativo hidrofílico glutationa foi dependente do tipo de nanoestrutura utilizada no seu encapsulamento. A maior eficiência de encapsulamento da glutationa foi de 35% em NLS-revestidas com quitosana e em nanopartículas de PCL. Em relação ao ativo lipofílico benzofenona-3, uma alta eficiência de encapsulamento (maior que 95%) foi verificada independente da micro ou nanoestrutura utilizada. Além disto, todas as partículas mostraram-se reprodutíveis e estáveis por até 1 mês e meio. Nos estudos de permeação em pele humana foi observado que as micropartículas de PHBV penetraram menos na pele do que as NLS devido, provavelmente, a diferença de diâmetro e flexibilidade destas duas partículas. Em relação às nanopartículas de prata, foi observado, por espectroscopia de UV-VIS que, em 28 horas, houve a formação das nanopartículas de prata estabilizadas por proteínas do fungo com diâmetro médio de 5 nm. Os tecidos de algodão e poliéster impregnados com estas partículas apresentaram atividade antimicrobiana frente a diversas bactérias Grampositiva e Gram-negativa. / Abstract: The aim of this project was preparation and characterization of micro and nanostructured system as carriers of different substances. Polymeric micro and nanoparticles, solid lipid nanoparticles (SLN) and silver nanoparticles as well as two substances with different solubilities: a model of hydrophilic tripeptide (glutathione) and a hydrophobic sunscreen (benzophenone-3) were studied. The goal of this work was also the production of micro and nanostructured system platform for cosmetic and pharmacological application. For that, different polymers and lipids were studied in the particles preparation. The particles preparation methods were dependents on active solubility as well as the kind of coverage material. The method of ionic gelation in alginate/chitosan nanoparticles preparation was used. For the polymers poly(e-caprolactone) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) were used nanoprecipitation and emulsion (double or simple) and solvent evaporation methods. SLN were prepared by hot high pressure homogenization method and silver nanoparticles by biosynthetic method with fungi Fusarium oxysporum. The encapsulation efficiency of hydrophilic active glutathione was dependent of the kind of nanostructure used in its encapsulation. The biggest encapsulation efficiency for glutathione was 35% in NLScovered with chitosan and in PCL nanoparticles. Regarding the lipophilic active benzophenone-3, high encapsulation efficiency (greater than 95%) was found independently of micro or nanostructure used. Furthermore, all particles were reproducible and stable at least for up to 1 month and half. In human skin permeation studies was observed that PHBV microparticles penetrated less in the skin than SLN, due to probably, to the difference in the diameter and flexibility of these two particles. Regarding the silver nanoparticles, it was observed, by UV-VIS spectroscopy that, in 28 hours, there was the formation of silver nanoparticles stabilized by proteins of the fungi with average size of 5 nm. The cotton and polyester fabrics impregnated with these particles exhibit antimicrobial activity against several bacteria Gram-positive and Gram-negative. / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Orientador: Valdecir Farias Ximenes / O Programa de Pós Gaduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi / Resumo: O óxido de zinco (ZnO) é um semicondutor muito utilizado na área tecnológica, principalmente em dispositivos fotovoltaicos e mais recentemente, vem sendo utilizado em aplicações biomédicas. Porém, citotóxicos, principalmente quando em tramanho nanométrico, associados ao seu uso, não devem ser descartados. Assim, este trabalho teve por objetivo estudar o efeito tempo de sonicação na morfologia de nanopartículas de ZnO e como estas diferenças poderiam afetar a estrutura da albumina, provocar a hemólise de eritrócitos e a ativação de neutrófilos humanos, quando em contato com este material. Amostras de ZnO foi obtido através do método de síntese ultrassônica, caracterizada por métodos ópticos e suas morfologias observadas em microscópio de varredura eletrônica. Foram obtidas duas morfologias distintas: nanoflores e nanoagulhas. Em todo os testes biológicos a concentração final de ZnO foi 0,1mg/mL em todos os experimentos, onde incubou-se o mesmo com albumina humana e com células sanguíneas (eritrócitos e neutrófilos). Não se observou alterações significativas na estrutura da albumina quando incubada com ZnO, como evidencido por estudo de fluorescência intrínseca e extrínseca. Uma exceção foi uma pequena agregação de proteína quando incubada com o ZnO (nanoflor) avaliado por espalhamento de luz (Rayleigh). Embora pouco efetiva, esta morfologia do ZnO também foi mais eficaz na indução de hemólise de eritrócitos (22%), se comparado às nonoagulhas (11%), após 48 horas de reação (controle negativo=3,7%). A mesma tendência foi observada para estimulação de neutrófilos avaliada por luminol (nanoflores 26,9%, nanoagulhas 8,9% e controle negativo=8,7%). Em conclusão, podemos afirmar que ZnO nanoestruturado apresentou baixa toxicidade nos modelos aqui estudados, o que reforça a sua potencial aplicação in vivo / Abstract: Zinc oxide (ZnO) is a semiconductor that has been highly explored in multiple areas of science, especially in photovoltaic devices and, more recently, in biomedical aplications. However, the cytotoxic effects, especially in nanosize, associated with its use cannot be ruled out. Therefore, this work aimed to study how the sonication time can influence the morphology obtained for the zinc oxide and how these diferrences could affect the structure of albumin, cause hemolysis of erythocytes and activation of human neutrophils. ZnO was obtained by ultrasonic synthesis method and characterized by optical methods and their morphologies observed in scanning electron microscope. Two differents morphologies were obtained: nanoflowers and nanoneedle. ZnO was incubated with human serum albumin and blood cells (erytrocytes and neutrophils) in final concentration of 0.1mg/ml. The results showed no significant modification in albumin structure when incubated with ZnO, evidenced by intrisic and extrinsic fluorescence studies. One exception was a small protein aggregation observed in light scattering (Rayleigh). Although somewhat effective, this morphology of ZnO was also more effective at inducing hemolysis of erythrocytes (22%) compared to nanoagulhas (11%), after 48 hours of reaction (negative control = 3.7%). The same trend was observed for stimulation of neutrophils measured by luminol (nanoflowers 26.9% and nanoneedle 8.9%) (negative control = 8.7%). In conclusion. It can be said that ZnO nanostructured showed low toxicity in the models studied, which reinforces the in vivo applications / Mestre