Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos matemáticos fenomenológicos capazes de descrever a cinética de oxidação química e enzimática de ligninas de palha e bagaço de cana, obtidas por diferentes processos. A oxidação química foi realizada utilizando-se lignina de bagaço de cana obtida por explosão a vapor e por polpação Acetosolv. As reações se processaram em 4 temperaturas (50, 70, 90 e 115 °C) e o fluxo de oxigênio foi mantido constante a 60 mL/min. O meio reacional foi composto por 0,5 g de lignina, 100 mL de ácido acético glacial, 1,6 mL de HBr (47% p/v), 0,05 g de acetato de manganês (II), 0,42 g de acetato de cobalto (II) e 10 mL de anidrido acético. A cinética da reação foi acompanhada por medida de absorbância a 280nm. O modelo foi proposto considerando a cinética de ordem n e incorporando a equação de Arrhenius, que relaciona a constante de velocidade com a energia de ativação e a temperatura do sistema. A integração dos modelos foi feita utilizando-se o método de Runge-Kutta de quarta ordem e o ajuste dos parâmetros foi realizado segundo o método de Levenberg-Marquardt. A validade estatística do ajuste dos modelos foi avaliada pelo método de análise de variância. Os valores de energia de ativação obtidos foram 9099 ± 947 J/mol para a lignina de explosão a vapor e 785 ± 55 J/mol para a lignina acetosolv. A constante cinética K apresentou valor 6,62 ± 1,3 para a lignina de explosão a vapor e 0,0184 ± 0,0035 para a lignina acetosolv. A ordem de reação encontrada foi 1,22 ± 0,12 para a lignina de explosão a vapor e 1,19 ± 0,06 para a lignina acetosolv. A oxidação enzimática foi realizada utilizando lignina de palha e bagaço de cana e 4 extratos enzimáticos: extrato de maçã, extrato de maçã reutilizado, extrato de batata e enzima comercial NOVOZYM 51003. As reações se processaram em solução tampão fosfato 50 mmol/L (pH 7,6) e 1,4-dioxano, 3:1(v/v), no volume total de 30 mL. Foram utilizados 300 mg de lignina, 15 mL de extrato enzimático, 0,1% de glicerol e 30 mL/min de O2. A cinética da reação foi acompanhada pela medida de absorbância a 265, 280 e 320nm. O modelo foi proposto com base na cinética de Michaelis-Menten e foi capaz de reproduzir os dados experimentais. A consideração da cinética enzimática forneceu valores de correlação melhores que os obtidos em outros trabalhos, que não consideraram a cinética enzimática na modelagem. A formação dos grupos -carbonílicos, monitorada a 280nm, foi, em geral, a reação que apresentou maior constante de velocidade. Foi observado que o binômio C-ks é importante para a cinética da reação e a reação enzimática que apresentou maior afinidade enzima-substrato foi a de formação de grupos carboxílicos, monitorada a 320nm, para a oxidação com extrato de maçã. A oxidação enzimática da lignina de bagaço apresentou comportamento cinético diferente da lignina de palha, evidenciando que há diferenças estruturais entre essas ligninas não elucidadas ainda. / This work proposed phenomenological mathematical models capable of describing chemical and enzymatic oxidation kinetics of sugarcane straw and bagasse from different processes. Chemical oxidation was realized using sugarcane bagasse lignin obtained by steam explosion and acetosolv pulping. The reactions were carried out under 4 different temperatures (50, 70, 90 and 115 °C) and the oxygen flux was maintained constant at 60 mL/min. The reaction medium was formulated using 0.5 g lignin, 100 mL glacial acetic acid, 1.6 mL HBr (47% w/v), 0.05 g manganese acetate (II), 0.42 g cobalt acetate (II) and 10 mL acetic anhydride. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 280 nm. It was proposed a model considering n-order kinetics and incorporating Arrhenius equation, which relates rate constant to activation energy and system temperature. Models integration was made using fourth-order Runge-Kutta method and parameters adjustment was realized according to Levenberg-Marquardt method. The statistical validity of model adjustments was assessed using analysis of variance method. For activation energy, the values obtained were 9099 ± 947 J mol-1 for steam explosion lignin and 785 ± 55 J mol-1 for acetosolv lignin. The kinetic constant K obtained was 6.62 ± 1.3 for steam explosion lignin and 0.0184 ± 0.0035 for acetosolv lignin. The reaction order found was 1.22 ± 0.12 for steam explosion lignin and 1.19 ± 0.06 for acetosolv lignin. Enzymatic oxidation was realized using sugarcane straw and bagasse and 4 enzyme extracts: apple extract, recovered apple extract, potato extract and commercial enzyme NOVOZYM 51003. The reactions were carried out in phosphate buffer solution 50 mmol L-1 (pH 7.6) and 1,4-dioxane, 3:1 (v/v), in a 30 mL total volume. The medium composition was 300 mg lignin, 15 mL enzyme extract, 0.1% glycerol and 30 mL/min O2. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 265, 280 and 320 nm. The model proposed was based on Michaelis-Menten kinetics and it was able to reproduce the experimental data. The consideration of the enzyme kinetics in modeling provided better correlation values than those from other works, which do not consider enzyme kinetics. Formation of -carbonyl groups, monitored at 280 nm, was generally the reaction that presented the higher rate constant. It was observed that the binom C-ks is important for reaction kinetics; the enzyme reaction that showed the greatest enzyme-substrate affinity was that one responsible for carboxyl groups formation, monitored at 320 nm, for recovered apple extract. Enzymatic oxidation of bagasse lignin presented a different kinetic behavior from straw lignin, providing evidences that there are differences between these two lignins that still remain unclear.

Grande parte das áreas contaminadas conhecidas atualmente advém de práticas passadas onde os cuidados com a proteção à saúde humana e ao meio ambiente eram desconhecidos ou ignorados. O uso indiscriminado de produtos solventes clorados fez com que tais compostos se tornassem uma das principais fontes de contaminação no setor industrial. Por serem compostos de alta toxicidade, quando presentes na água subterrânea, mesmo em baixas concentrações, a tornam imprópria para o consumo. Técnicas de remediação como atenuação natural, ou que envolvam bombeamento e tratamento de água subterrânea contaminada por solventes clorados, vêm sendo substituídas por metodologias químicas destrutivas, por apresentarem resultados satisfatórios em um período de tempo inferior às técnicas utilizadas anteriormente. Este trabalho objetiva apresentar os resultados obtidos em duas áreas industriais onde foram aplicadas técnicas de remediação, envolvendo a redução química in situ, através da injeção de polisulfeto de cálcio e a oxidação química in situ, com a injeção de permanganato de potássio. Em ambas as áreas, os contaminantes organoclorados são os principais compostos de interesse presentes na água subterrânea. A redução química in situ é uma metodologia que utiliza um agente químico para reduzir óxidos de ferro III, presentes naturalmente no aquífero sedimentar, e transformá-los em ferro II que, por sua vez reduzirá contaminantes organoclorados. A principal característica desta metodologia é a eliminação contígua de dois átomos de cloro das moléculas dos contaminantes, o que tende e diminuir ou eliminar o acúmulo de subprodutos tóxicos como cloreto de vinila. Na oxidação química in situ, o agente promove a transferência de elétrons, onde os íons Cl- das moléculas dos contaminantes são substituídos por H+. Devido à baixa reatividade entre o permanganato de potássio e a matriz do aquífero durante as reações de oxidação química, este oxidante pode ser transportado pelos processos advectivo e dispersivo juntamente com o fluxo da água subterrânea e persistir por um período maior de tempo, reagindo com os contaminantes orgânicos. Ensaios de bancada com solo saturado contaminado de uma das áreas de estudo mostraram excelentes resultados na utilização do polisulfeto de cálcio, mas o mesmo não foi observado no teste piloto realizado em campo. Embora tenha sido observada dispersão do produto nas proximidades de pelo menos um dos pontos onde a solução foi injetada, notou-se que não houve redução significativa dos contaminantes, evidenciando que o ferro II não foi eficaz no processo de degradação. Isto pode ter sido ocasionado por uma série fatores, como possíveis reações, características hidráulicas, ou geológicas do meio. Portanto, o prosseguimento desta metodologia como alternativa de remediação para toda a área impactada foi descontinuado, tornando necessário novos estudos para avaliar a melhor técnica aplicável na área. Quanto à área onde foi aplicada a oxidação química, a remediação foi considerada eficiente. Ao longo do período de vinte e dois meses, quando foram realizadas atividades de monitoramento da água subterrânea, observou-se a presença do permanganato de potássio nas áreas mais impactadas das plumas de contaminação, fato que permitiu o processo de transferência de elétrons e consequentemente a oxidação dos contaminantes. Vinte e dois meses após as atividades de injeção, o principal contaminante identificado na área, o 1,-1-dicloroeteno, foi detectado em apenas um ponto com concentração superior a meta de remediação obtida anteriormente à injeção. Considerando que durante a sequência das atividades relacionadas à remediação, este contaminante sofreu alterações em seus valores toxicológicos estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, e passou a ser considerado um composto não carcinogênico, todos os poços apresentaram-se com concentrações inferiores a nova meta de remediação calculada. Como efeito colateral, foi observado o aumento das concentrações de metais dissolvidos, como: alumínio, bário, cromo e ferro. Tal mobilização de metais para a água subterrânea pode ser considerada temporária. Após o total consumo do permanganato de potássio pelos contaminantes ainda presentes no meio, as características físico-químicas do aquífero retornarão à situação identificada naturalmente, permitindo a precipitação dos metais. / Most of the currently known contaminated areas are the result of past practices, where precautions regarding protection of human health and the environment were either unknown or ignored. The indiscriminate use of chlorinated solvents is the driving factor that has led to such compounds becoming one of the main sources of contamination in the industrial sector. Chlorinated solvents are highly toxic and, when present at even low concentrations in groundwater, they make this resource unfit for human consumption. Such remediation techniques as natural attenuation, or that involve pumping and treatment of groundwater contaminated by chlorinated solvents, are currently being replaced by destructive chemical methods, as they show satisfactory results in a shorter period of time than previously used techniques. This study has the objective of showing the results obtained at two industrial sites where remediation techniques have been used involving in-situ chemical reduction, through injection of calcium polysulfide, and in-situ chemical oxidation, with injection of potassium permanganate. At both sites, organochlorine contaminants are the main compounds of concern present in groundwater. In-situ chemical reduction is a methodology that uses a chemical agent in order to reduce iron III oxides, naturally present in the sedimentary aquifer, and transform them into iron II which, in turn, reduces the organochlorine contaminants. The principal characteristic of this methodology is that of contiguous elimination of two chlorine atoms from contaminant molecules, which tends to reduce or eliminate accumulation of such toxic byproducts as vinyl chloride. In in-situ chemical oxidation, the chemical agent brings about a transfer of electrons, where the Cl- ions of contaminant molecules are replaced by H+ ions. Due to the low degree of reactivity between potassium permanganate and the aquifer matrix during chemical oxidation reactions, this oxidizing agent can be transported via groundwater flow, by advective and dispersive processes, and persist for a longer period of time, reacting with organic contaminants. Bench tests performed with contaminated saturated soil from one of the sites under study showed excellent results through the use of calcium polysulfide; however, the same results were not observed during a pilot test performed in the field. Although product dispersion was observed in the vicinity of at least one of the points where the solution had been injected, it was found that there was no significant reduction of contaminants, showing that iron II was not effective in enhancing the degradation process. This could have been the result of a series of factors, for example, possible reactions or the hydraulic or geological characteristics of the medium. Therefore, it was decided not to continue with use of this methodology as a remediation alternative for the whole impacted area, making it necessary for further studies in order to assess the best technique applicable at the site. With respect to the site where a chemical oxidation approach was adopted, remediation was considered to be effective. Over a period of twenty-two months, during which groundwater monitoring activities were performed, the presence of potassium permanganate was observed in the most impacted areas of the contamination plumes, a fact that allowed for the electron transfer process and, consequently, contaminant oxidation. Twenty-two months after initiation of injection activities, the main contaminant identified at the site (1,1-dichloroethene) was only detected at one point at a concentration exceeding the post-remediation target value established prior to commencing these activities. Considering that, during the sequence of activities related to the remediation process, this contaminant underwent changes in its toxicological values established by the United States Environmental Protection Agency, and came to be considered a non-carcinogenic compound, all wells showed concentrations below the new calculated post-remediation target. As a collateral effect, there was found to be an increase in concentrations of such dissolved metals as aluminum, barium, chromium and iron. Such mobilization of metals to groundwater can be considered a temporary effect. Following complete consumption of potassium permanganate by contaminants still present in the medium, the physical-chemical characteristics of the aquifer will return to the situation occurring naturally, allowing for the precipitation of these metals.

Grande parte das áreas contaminadas conhecidas atualmente advém de práticas passadas onde os cuidados com a proteção à saúde humana e ao meio ambiente eram desconhecidos ou ignorados. O uso indiscriminado de produtos solventes clorados fez com que tais compostos se tornassem uma das principais fontes de contaminação no setor industrial. Por serem compostos de alta toxicidade, quando presentes na água subterrânea, mesmo em baixas concentrações, a tornam imprópria para o consumo. Técnicas de remediação como atenuação natural, ou que envolvam bombeamento e tratamento de água subterrânea contaminada por solventes clorados, vêm sendo substituídas por metodologias químicas destrutivas, por apresentarem resultados satisfatórios em um período de tempo inferior às técnicas utilizadas anteriormente. Este trabalho objetiva apresentar os resultados obtidos em duas áreas industriais onde foram aplicadas técnicas de remediação, envolvendo a redução química in situ, através da injeção de polisulfeto de cálcio e a oxidação química in situ, com a injeção de permanganato de potássio. Em ambas as áreas, os contaminantes organoclorados são os principais compostos de interesse presentes na água subterrânea. A redução química in situ é uma metodologia que utiliza um agente químico para reduzir óxidos de ferro III, presentes naturalmente no aquífero sedimentar, e transformá-los em ferro II que, por sua vez reduzirá contaminantes organoclorados. A principal característica desta metodologia é a eliminação contígua de dois átomos de cloro das moléculas dos contaminantes, o que tende e diminuir ou eliminar o acúmulo de subprodutos tóxicos como cloreto de vinila. Na oxidação química in situ, o agente promove a transferência de elétrons, onde os íons Cl- das moléculas dos contaminantes são substituídos por H+. Devido à baixa reatividade entre o permanganato de potássio e a matriz do aquífero durante as reações de oxidação química, este oxidante pode ser transportado pelos processos advectivo e dispersivo juntamente com o fluxo da água subterrânea e persistir por um período maior de tempo, reagindo com os contaminantes orgânicos. Ensaios de bancada com solo saturado contaminado de uma das áreas de estudo mostraram excelentes resultados na utilização do polisulfeto de cálcio, mas o mesmo não foi observado no teste piloto realizado em campo. Embora tenha sido observada dispersão do produto nas proximidades de pelo menos um dos pontos onde a solução foi injetada, notou-se que não houve redução significativa dos contaminantes, evidenciando que o ferro II não foi eficaz no processo de degradação. Isto pode ter sido ocasionado por uma série fatores, como possíveis reações, características hidráulicas, ou geológicas do meio. Portanto, o prosseguimento desta metodologia como alternativa de remediação para toda a área impactada foi descontinuado, tornando necessário novos estudos para avaliar a melhor técnica aplicável na área. Quanto à área onde foi aplicada a oxidação química, a remediação foi considerada eficiente. Ao longo do período de vinte e dois meses, quando foram realizadas atividades de monitoramento da água subterrânea, observou-se a presença do permanganato de potássio nas áreas mais impactadas das plumas de contaminação, fato que permitiu o processo de transferência de elétrons e consequentemente a oxidação dos contaminantes. Vinte e dois meses após as atividades de injeção, o principal contaminante identificado na área, o 1,-1-dicloroeteno, foi detectado em apenas um ponto com concentração superior a meta de remediação obtida anteriormente à injeção. Considerando que durante a sequência das atividades relacionadas à remediação, este contaminante sofreu alterações em seus valores toxicológicos estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos, e passou a ser considerado um composto não carcinogênico, todos os poços apresentaram-se com concentrações inferiores a nova meta de remediação calculada. Como efeito colateral, foi observado o aumento das concentrações de metais dissolvidos, como: alumínio, bário, cromo e ferro. Tal mobilização de metais para a água subterrânea pode ser considerada temporária. Após o total consumo do permanganato de potássio pelos contaminantes ainda presentes no meio, as características físico-químicas do aquífero retornarão à situação identificada naturalmente, permitindo a precipitação dos metais. / Most of the currently known contaminated areas are the result of past practices, where precautions regarding protection of human health and the environment were either unknown or ignored. The indiscriminate use of chlorinated solvents is the driving factor that has led to such compounds becoming one of the main sources of contamination in the industrial sector. Chlorinated solvents are highly toxic and, when present at even low concentrations in groundwater, they make this resource unfit for human consumption. Such remediation techniques as natural attenuation, or that involve pumping and treatment of groundwater contaminated by chlorinated solvents, are currently being replaced by destructive chemical methods, as they show satisfactory results in a shorter period of time than previously used techniques. This study has the objective of showing the results obtained at two industrial sites where remediation techniques have been used involving in-situ chemical reduction, through injection of calcium polysulfide, and in-situ chemical oxidation, with injection of potassium permanganate. At both sites, organochlorine contaminants are the main compounds of concern present in groundwater. In-situ chemical reduction is a methodology that uses a chemical agent in order to reduce iron III oxides, naturally present in the sedimentary aquifer, and transform them into iron II which, in turn, reduces the organochlorine contaminants. The principal characteristic of this methodology is that of contiguous elimination of two chlorine atoms from contaminant molecules, which tends to reduce or eliminate accumulation of such toxic byproducts as vinyl chloride. In in-situ chemical oxidation, the chemical agent brings about a transfer of electrons, where the Cl- ions of contaminant molecules are replaced by H+ ions. Due to the low degree of reactivity between potassium permanganate and the aquifer matrix during chemical oxidation reactions, this oxidizing agent can be transported via groundwater flow, by advective and dispersive processes, and persist for a longer period of time, reacting with organic contaminants. Bench tests performed with contaminated saturated soil from one of the sites under study showed excellent results through the use of calcium polysulfide; however, the same results were not observed during a pilot test performed in the field. Although product dispersion was observed in the vicinity of at least one of the points where the solution had been injected, it was found that there was no significant reduction of contaminants, showing that iron II was not effective in enhancing the degradation process. This could have been the result of a series of factors, for example, possible reactions or the hydraulic or geological characteristics of the medium. Therefore, it was decided not to continue with use of this methodology as a remediation alternative for the whole impacted area, making it necessary for further studies in order to assess the best technique applicable at the site. With respect to the site where a chemical oxidation approach was adopted, remediation was considered to be effective. Over a period of twenty-two months, during which groundwater monitoring activities were performed, the presence of potassium permanganate was observed in the most impacted areas of the contamination plumes, a fact that allowed for the electron transfer process and, consequently, contaminant oxidation. Twenty-two months after initiation of injection activities, the main contaminant identified at the site (1,1-dichloroethene) was only detected at one point at a concentration exceeding the post-remediation target value established prior to commencing these activities. Considering that, during the sequence of activities related to the remediation process, this contaminant underwent changes in its toxicological values established by the United States Environmental Protection Agency, and came to be considered a non-carcinogenic compound, all wells showed concentrations below the new calculated post-remediation target. As a collateral effect, there was found to be an increase in concentrations of such dissolved metals as aluminum, barium, chromium and iron. Such mobilization of metals to groundwater can be considered a temporary effect. Following complete consumption of potassium permanganate by contaminants still present in the medium, the physical-chemical characteristics of the aquifer will return to the situation occurring naturally, allowing for the precipitation of these metals.

Neste trabalho, foram desenvolvidos modelos matemáticos fenomenológicos capazes de descrever a cinética de oxidação química e enzimática de ligninas de palha e bagaço de cana, obtidas por diferentes processos. A oxidação química foi realizada utilizando-se lignina de bagaço de cana obtida por explosão a vapor e por polpação Acetosolv. As reações se processaram em 4 temperaturas (50, 70, 90 e 115 °C) e o fluxo de oxigênio foi mantido constante a 60 mL/min. O meio reacional foi composto por 0,5 g de lignina, 100 mL de ácido acético glacial, 1,6 mL de HBr (47% p/v), 0,05 g de acetato de manganês (II), 0,42 g de acetato de cobalto (II) e 10 mL de anidrido acético. A cinética da reação foi acompanhada por medida de absorbância a 280nm. O modelo foi proposto considerando a cinética de ordem n e incorporando a equação de Arrhenius, que relaciona a constante de velocidade com a energia de ativação e a temperatura do sistema. A integração dos modelos foi feita utilizando-se o método de Runge-Kutta de quarta ordem e o ajuste dos parâmetros foi realizado segundo o método de Levenberg-Marquardt. A validade estatística do ajuste dos modelos foi avaliada pelo método de análise de variância. Os valores de energia de ativação obtidos foram 9099 ± 947 J/mol para a lignina de explosão a vapor e 785 ± 55 J/mol para a lignina acetosolv. A constante cinética K apresentou valor 6,62 ± 1,3 para a lignina de explosão a vapor e 0,0184 ± 0,0035 para a lignina acetosolv. A ordem de reação encontrada foi 1,22 ± 0,12 para a lignina de explosão a vapor e 1,19 ± 0,06 para a lignina acetosolv. A oxidação enzimática foi realizada utilizando lignina de palha e bagaço de cana e 4 extratos enzimáticos: extrato de maçã, extrato de maçã reutilizado, extrato de batata e enzima comercial NOVOZYM 51003. As reações se processaram em solução tampão fosfato 50 mmol/L (pH 7,6) e 1,4-dioxano, 3:1(v/v), no volume total de 30 mL. Foram utilizados 300 mg de lignina, 15 mL de extrato enzimático, 0,1% de glicerol e 30 mL/min de O2. A cinética da reação foi acompanhada pela medida de absorbância a 265, 280 e 320nm. O modelo foi proposto com base na cinética de Michaelis-Menten e foi capaz de reproduzir os dados experimentais. A consideração da cinética enzimática forneceu valores de correlação melhores que os obtidos em outros trabalhos, que não consideraram a cinética enzimática na modelagem. A formação dos grupos -carbonílicos, monitorada a 280nm, foi, em geral, a reação que apresentou maior constante de velocidade. Foi observado que o binômio C-ks é importante para a cinética da reação e a reação enzimática que apresentou maior afinidade enzima-substrato foi a de formação de grupos carboxílicos, monitorada a 320nm, para a oxidação com extrato de maçã. A oxidação enzimática da lignina de bagaço apresentou comportamento cinético diferente da lignina de palha, evidenciando que há diferenças estruturais entre essas ligninas não elucidadas ainda. / This work proposed phenomenological mathematical models capable of describing chemical and enzymatic oxidation kinetics of sugarcane straw and bagasse from different processes. Chemical oxidation was realized using sugarcane bagasse lignin obtained by steam explosion and acetosolv pulping. The reactions were carried out under 4 different temperatures (50, 70, 90 and 115 °C) and the oxygen flux was maintained constant at 60 mL/min. The reaction medium was formulated using 0.5 g lignin, 100 mL glacial acetic acid, 1.6 mL HBr (47% w/v), 0.05 g manganese acetate (II), 0.42 g cobalt acetate (II) and 10 mL acetic anhydride. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 280 nm. It was proposed a model considering n-order kinetics and incorporating Arrhenius equation, which relates rate constant to activation energy and system temperature. Models integration was made using fourth-order Runge-Kutta method and parameters adjustment was realized according to Levenberg-Marquardt method. The statistical validity of model adjustments was assessed using analysis of variance method. For activation energy, the values obtained were 9099 ± 947 J mol-1 for steam explosion lignin and 785 ± 55 J mol-1 for acetosolv lignin. The kinetic constant K obtained was 6.62 ± 1.3 for steam explosion lignin and 0.0184 ± 0.0035 for acetosolv lignin. The reaction order found was 1.22 ± 0.12 for steam explosion lignin and 1.19 ± 0.06 for acetosolv lignin. Enzymatic oxidation was realized using sugarcane straw and bagasse and 4 enzyme extracts: apple extract, recovered apple extract, potato extract and commercial enzyme NOVOZYM 51003. The reactions were carried out in phosphate buffer solution 50 mmol L-1 (pH 7.6) and 1,4-dioxane, 3:1 (v/v), in a 30 mL total volume. The medium composition was 300 mg lignin, 15 mL enzyme extract, 0.1% glycerol and 30 mL/min O2. The reaction kinetics was followed by absorbance measurements at 265, 280 and 320 nm. The model proposed was based on Michaelis-Menten kinetics and it was able to reproduce the experimental data. The consideration of the enzyme kinetics in modeling provided better correlation values than those from other works, which do not consider enzyme kinetics. Formation of -carbonyl groups, monitored at 280 nm, was generally the reaction that presented the higher rate constant. It was observed that the binom C-ks is important for reaction kinetics; the enzyme reaction that showed the greatest enzyme-substrate affinity was that one responsible for carboxyl groups formation, monitored at 320 nm, for recovered apple extract. Enzymatic oxidation of bagasse lignin presented a different kinetic behavior from straw lignin, providing evidences that there are differences between these two lignins that still remain unclear.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-09T11:45:26Z No. of bitstreams: 1 antoniomarquesdasilvajunior.pdf: 8708980 bytes, checksum: e2c7521c020848daae85df5fb0d7eeec (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-17T14:05:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 antoniomarquesdasilvajunior.pdf: 8708980 bytes, checksum: e2c7521c020848daae85df5fb0d7eeec (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-17T14:05:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 antoniomarquesdasilvajunior.pdf: 8708980 bytes, checksum: e2c7521c020848daae85df5fb0d7eeec (MD5) Previous issue date: 2014-10-11 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Devido à inércia química dos nanotubos de carbono (NCs) pristines (como sintetizados), passos de ativação química são necessários antes de reações subsequentes. Neste contexto, pode-se destacar os processos oxidativos como procedimentos para purificação (remoção de carbono amorfo e partículas de catalisador) e ativação das superfícies. A interação de agentes oxidantes com NCs, assim como em alcenos pode levar à formação dos grupos funcionais C-OH, C=O, C-O-C e O=COH. Dentre os diversos reagentes oxidantes disponíveis, alguns dos mais importantes em fase líquida são o HNO3 e diferentes misturas H2SO4/HNO3. Para ambos reagentes, a espécie NO2+ (íon nitrônio) atua como o agente da oxidação, porém as etapas elementares e a topologia das posições modificadas quimicamente ainda não são completamente conhecidas a nível molecular. Dada a importância dos processos de oxidação de NCs, na presente tese, dois caminhos foram utilizados para o estudo deste processo. No primeiro modelo, foram propostas diferentes estruturas como resultado da formação do aduto iônico NC-NO2+, com o NC representado por um tubo armchair (5,5) com e sem um defeito Stone-Wales. Entre as várias reações analisadas, uma levou à transferência de um átomo de oxigênio para a superfície do tubo, originando um grupo funcional do tipo éter. Este processo específico mostrou-se notadamente favorável e, portanto, pode ser tomado como uma das etapas iniciais na oxidação de NCs no meio ácido considerado. No segundo modelo, o sistema escolhido foi um NC armchair (6,6) com uma monovacância como defeito. O agente oxidante novamente utilizado foi o íon NO2+ resultante da dissociação acido-base do HNO3, considerando um sistema neutro devido à presença do contra-íon NO3-. Um caminho de reação termodinamicamente favorável foi proposto e inclui um ataque eletrofílico exotérmico inicial do cátion NO2+, seguido por uma formação endotérmica de um anel de oxaziridina e à geração de um grupo carbonílico. Para ambos os modelos químicos, a metodologia computacional empregada foi a teoria do funcional de densidade, utilizando condições periódicas de contorno. Propriedades estruturais, eletrônicas, vibracionais e termodinâmicas foram calculadas e discutidas. / Due to the chemical inertia of pristine (as-synthesised) carbon nanotubes (CNTs), activation steps are necessary prior to chemical modification. In this sense, oxidative processes should be highlighted as a procedure for purification (removing amorphous carbon and catalyst particles) and surface activation. The interaction of oxidizing reagents with CNTs, similar to the alkenes, may result in the formation of C-OH, C=O, C-O-C, and O=C-OH functional groups. Among the main oxidizing species, the most important for liquid phase processes are HNO3 and H2SO4/HNO3 mixtures. For both reagents, the NO2+ (nitronium ion) species acts as the oxidizing agent, but the elementary steps and the topology of the chemically modified positions are not completely understood at the molecular level. Given the importance of the oxidation processes of CNTs, in the present thesis, two chemical ways were used to study the process. At the first model, distinct structures were proposed for an ionic CNT-NO2+ adduct, with the CNT represented by an armchair (5,5) tube with and without a Stone-Wales defect. Among several reactions analyzed one lead to an oxygen transfer to the tube surface, yielding ether like group. This specific process was notably favorable and, therefore, can be taken as the beginning for the oxidation of CNT in that acid medium. At the second model, the system chosen was a single-walled armchair (6,6) with a monovacancy defect. The oxidizing agent used again was the NO2+ ion resulting from an acid-base HNO3 dissociation, considering a neutral system due to its NO3- counter ion. An overall favorable oxidation pathway was proposed and includes an initial NO2+ exothermic electrophilic attack followed by an endothermic oxaziridine formation and a carbonyl group generation. For both chemical models, the computational methodology employed was the density functional theory using periodic boundary conditions. Structural, electronic, vibrational, and thermodynamic properties were calculated and discussed.

Esta tese descreve uma nova abordagem para a síntese de ciclopenta[g]indóis baseada na reação de contração de anel mediada por trinitrato de tálio (TTN) de uma olefina tricíclica, que contém uma unidade indólica. Foi possível encontrar condições reacionais em que o sal de tálio(III) mostrou-se quimiosseletivo, reagindo com a ligação dupla do anel cicloexênico, sem oxidar a ligação C2-C3 do anel indólico. Utilizando-se a reação acima, pôde-se alcançar a primeira síntese diastereosseletiva da (±)-trans-triquentrina A, que é um alcalóide indólico isolado de uma esponja marinha, em 20 etapas e com rendimento global de 2%. A etapa chave foi uma reação de contração de anel mediada por TTN em CH3CN com redução in situ promovida por NaBH4. Nestas condições o anel trans-1,3-dimetilciclopentânico da molécula alvo foi alcançado com excelente diastereosseletividade. Tentativas de hidrogenação assimétrica do (E)-etil-3-(1-benzil-4-etil-1H-indol-7-il)-but-2- enoato utilizando-se catalisadores de irído foram realizadas, visando a síntese da (+)-trans-triquentrina A. / This thesis presents a new approach toward the synthesis of cyclopenta[g]indoles using a ring contraction reaction mediated by thallium trinitrate (TTN) of a tricyclic olefin, bearing an indol unit. We could find reactional conditions where the thallium(III) salt was chemoselective, reacting on the cyclohexenic double bond without formation of C2-C3 indolic oxidation byproducts. Using the reaction above, we could accomplish the first diastereoselective total synthesis of (±)-trans-trikentrin A, which is an indolic alkaloid isolated from a marine sponge, in 20 steps and 2% of global yield. The key-step was a ring contraction reaction mediated by TTN in CH3CN with in situ reduction promoted by NaBH4. Under this condition the trans-1,3- dimethylcyclopentane moiety of the target molecule was achieved with good diastereoselectivity. The asymmetric hydrogenation of (E)-ethyl-3-(1-benzyl-4-ethyl-1H-indole-7-yl)-but-2- enoate was attempted using iridium catalysts were performed, aiming the synthesis of (+)-trans-trikentrin A.

O presente trabalho de pesquisa teve como objetivo principal avaliar a remoção de fitoplancton e microcistina em cinco fluxogramas de tratamento de água para abastecimento, que tiveram como seqüência básica as etapas de coagulação, floculação, flotação por ar dissolvido e filtração, complementados com oxidação química em diferentes pontos da seqüência básica de tratamento estabelecida. Os ensaios foram realizados em escala de laboratório, utilizando água de estudo preparada mediante a mistura de água coletada no reservatório de Barra Bonita, no Estado de São Paulo, e cultura com elevada concentração de microcistina preparada em laboratório. A concentração de microcistina na água de estudo foi mantida no intervalo de 14 a 17 µg/L. O cloreto férrico foi utilizado como agente coagulante, o permanganato de potássio e o cloro, na forma de hipoclorito de sódio, foram utilizados como agentes oxidantes. Foi observada eficiência de remoção de fitoplancton de cerca de 99,9% devido às etapas de coagulação, floculação e flotação por ar dissolvido e, conseqüentemente, remoção de microcistina contida no interior das células íntegras. A oxidação com cloro realizada após a filtração, bem como a oxidação com a associação do permanganato de potássio e cloro realizada após a flotação, resultaram em eficiência de remoção de microcistina extracelular (microcistina livre no meio líquido) da ordem de 95%, atendendo ao padrão de potabilidade com cocentrações de microcistina menores que 1,0 µg/L. A oxidação da água bruta com permanganato de potássio associada à oxidação da água flotada com cloro, apresentou o melhor desempenho de remoção de microcistina extracelular, com eficiência superior a 98%. Em todos os ensaios de oxidação química foi constatada a influência da variação do pH na remoção de microcistina, sendo que o aumento de eficiência foi associado à diminuição dos valores de pH. Foram observados indícios de remoção de trihalometanos pela flotação por ar dissolvido e redução da formação de trihalometanos quando a oxidação química foi feita com a associação do permanganato de potássio e cloro. / The aim of this research was to study the phytoplankton and microcystin removal at different treatment conditions, all based in coagulation, flocculation, dissolved air flotation and filtration, complemented by chemical oxidation applied at different points of the basic treatment sequency. The lab scale experiments was conduted with raw water prepared by a mixture of natural water, collected in Barra Bonita reservoir at São Paulo State, Brazil, and a high concentrated Microcystis culture prepared in laboratory. The microcystin concentration in raw water was kept in a range of 14 to 17 µg/L. Ferric chloride was used as coagulant, and, potassium permanganate and chlorine (sodium hypochlorite) were used as oxidants. The results showed phytoplankton removal efficiency about 99,9% by the sequency of coagulation, flocculation and dissolved air flotation, resulting a great removal of microcystin retained into the whole cells. The chlorine oxidation after filtration, as well as the oxidation with potassium permanganate and chlorine after dissolved air flotation, resulted in a microcystin removal of about 95% and concentrations under the World Health Organization drinking water guideline value of 1,0 µg/L. The raw water potassium permanganate oxidation associated with the chlorine oxidation after flotation, leaded to the best results concerning microcystin removal, with efficiency above 98%. All experimental conditions with chemical oxidation showed a relevant effect of the pH on the microcystin removal, the decrease of pH values contributed to the increase of microcystin removal. It was observed signs of THM´s removal by the dissolved air flotation and reduction of THM´s production when the chemical oxidation took place with the association of potassium permanganate and chlorine.

Neste trabalho realizou-se triagem para oxidação de sulfetos a sulfóxidos utilizandose fungos Basidiomicetos, os quais são denominados fungos da podridão branca, uma vez que decompõem a lignina presente na madeira, causando o apodrecimento e em lguns casos, a morte da planta. A triagem foi realizada utilizando-se quatro sulfetos aromáticos (Fig.1) e 6 fungos Basidiomicetos: Pycnoporus sanguineos CCB 501, Trametes versicolor CCB 202, Trametes rigida CCB 285, Trichaptum byssogenum CCB 203, Trametes villosa CCB 291, Irpex lacteus CCB 196. Na Tabela 1 são mostrados alguns resultados obtidos na oxidação com os microrgamsmos: (Ver PDF) Na segunda parte deste trabalho, com a finalidade de aplicar a biocatálise em moléculas mais complexas, realizou-se a síntese de 8 compostos bi-funcionalizados com grupos selênio, sulfeto e carbonila (cetona) (Esquema 1), as quais reagiram quimiosseletivamente frente às enzimas. (Ver PDF) Na última parte deste trabalho foi desenvolvido um novo método de síntese de biciclos [3.2.1] (32) (Esquema 2) (Ver PDF). / In the first part of this dissertation, we reported the screening of Basidiomycetes fungus for the oxidation of the sulfides into sulfoxides. The Basidiomycetes fungs are known as white rot fungus, because promote the degrade of lignin in wood, causing the death of the plant. The screening was reported with four aromatic sulfides (Table I) and six Basidiomycetes fungus: Pycnoporus sanguineos CCB 501, Trametes versicolor CCB 202, Trametes rigida CCB 285, Trichaptum byssogenum CCB 203, Trametes villosa CCB 291, Irpex lacteus CCB 196. Table 1. Oxidation of aromatic sulfides by whole fungal cells. (See PDF) In the second part of this dissertation, we synthesized eight bi-funcionalizated compounds with sulfide, selenide and ketone groups (Scheme 1). Theses compounds were submitted to the action of enzymatic system ofBasidiomycetes fungi. (See PDF) In the last part of this dissertation it is reported a new method for the synthesis of bicycle [3.2.1] (32) (Scheme 2). (See PDF)

Esta dissertação apresenta estudos visando à síntese de indanos oticamente ativos, através da contração de anel de 3-alquenóis promovida por tálio(III). Dois novos sais de tálio(III) foram preparados - o (S)-(-)-triacetoxipropionato de tálio (TTAP) e o tripropionato de tálio (TTP) - a partir do triacetato de tálio (TTA) e dos ácidos (S)-(-)-2-acetoxipropiônico e propiônico, respectivamente. A ciclização do isopulegol foi realizada com TTAP e com TTP, em rendimentos similares aos obtidos com TTA e com trinitrato de tálio (TTN). O rearranjo oxidativo do 2-(3,4-diidronaftalen-1-il)-etanol, que é um 3-alquenol, também pôde ser efetuado com o TTAP e com o TTP, embora rendimentos inferiores aos obtidos com TTN, com TTA, ou com trifluoroacetato de tálio (TTFA) tenham sido alcançados. Nestas contrações de anel, fica evidente que a ordem de reatividade segue a força elétron atraente dos ânions ligados ao tálio. Além disso, as melhores condições reacionais obtidas foram as que utilizam como solvente uma mistura de água e do ácido correspondente ao ligante do sal de tálio(III). Finalmente, na reação de contração de anel com o sal de tálio(III) quiral TTAP, o produto de contração de anel foi obtido como uma mistura racêmica. Os testes preliminares de resolução enzimática do 3-hidroxi-1-indan-1-il-propan-1-ona realizados com lipases mostraram-se promissores, abrindo novas perspectivas para a obtenção de indanos oticamente ativos com bom excesso enantiomérico. / This dissertation presents a study toward the synthesis of optically active indans by the thallium(III) promoted ring contraction of 3-alkenols. Two new thallium(III) salts were prepared - thalllium (S)-(-)-triacetoxypropionate (TTAP) and thallium tripropionate (TTP) - from thallium triacetate (TIA) and (S)-(-)-2-acetoxypropionic acid and propionic acid, respectively. The cyclization of isopulegol was performed using TTAP or TTP. The isolated yields for these reactions are similar to that obtained with TTA or with thallium trinitrate (TTN) The oxidative rearrangement of the 2-(3,4-dihydro-naphthalen-1-yl)-ethanol, which is a 3alkenol, could also be performed by TTAP or by TTP, although the isolated yields were lower from that in a similar reaction with TTN, TTA or thallium trifluoroacetate (TTFA). In these ring contractions, the reactivity c1early depends on the eletron-withdrawing ability of the anion bonded to the thallium atom. In addition, the best reaction conditions are those where the solvent is a mixture of H2O and the acid corresponding to the ligand of the thallium(III) salt. Finally, in the reaction using the chiral non-racemic TTAP, the ring contraction product was obtained as a racemic mixture. The preliminary results on the enzymatic resolution of 3-hydroxy-1-indan-1-yl-propan-1-one using lipases show that optically active indan might be obtained in good e.e. using this approach.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Poluições da água e do solo são duas das cinco categorias básicas de poluição ambiental. As outras três são do ar, ruído e luz. Poluição ocorre quando um material/produto químico é adicionado ao meio ambiente afetando-o adversamente. Uma vez que a poluição existe, retornar a matriz impactada para o seu estado anteriormente não poluído torna-se muito difícil ou até mesmo impossível em alguns casos. Os compostos organoclorados (OC) representam um importante grupo de poluentes orgânicos persistentes (POP), devido à sua toxicidade e elevada persistência no ambiente. Diferentes técnicas de remediação de solo e água subterrânea têm sido desenvolvidas com o objetivo de reparar as áreas contaminadas em menor tempo e custo possíveis e, assim, a oxidação química in situ tem se mostrado uma técnica cada vez mais atraente devido sua simplicidade e baixo custo. A degradação de dois compostos organoclorados via oxidação química por reagente de Fenton em solução aquosa é o objeto do presente trabalho. Para tanto, foram selecionados dois compostos, sendo um alifático e outro aromático. Assim, foram avaliadas as condições de degradação dos compostos organoclorados em relação às concentrações do oxidante em diferentes tempos reacionais, diferentes fontes de catalisador e, de forma qualitativa, quais foram os principais subprodutos formados. Os ensaios oxidativos foram realizados em meio aquoso com temperatura controlada a 25 C e em 3 configurações de [Fe2+] e [H2O2]. A extração dos compostos de interesse para a fase orgânica também foi estudada. A análise dos extratos revelou que o acetato de etila foi o solvente que melhor extraiu os compostos de interesse da fase aquosa. Além destes ensaios, foram avaliadas outras duas fontes de Fe(II), sendo 11 óxidos de manganês dopados com ferro e a classe de solo predominante no território nacional, que é caracterizada pela sua alta concentração de ferro endógeno (latossolo). O ensaio entre as fontes de ferro revelou que tanto o óxido de Mn quanto o latossolo produziram menos subprodutos em relação à reação com a solução de sulfato Fe(II). Entretanto, em termos quantitativos, a redução na concentração de clorobenzeno foi mais efetiva na reação com a solução de Fe(II) (cerca de 63%). A identificação dos sobprodutos foi realizada a partir da análise em cromatógrafo a gás acoplado a espectrômetro de massas e em análise comparativa dos espectros com a biblioteca NIST. Os ensaios oxidativos revelaram que em baixas concentrações de oxidante, há a possibilidade de geração de subprodutos mais tóxicos que os reagentes, sendo produzido bifenilas policloradas e hexaclorociclohexano nas reações com clorobenzeno e 1,2-dicloroetano, respectivamente