A busca por materiais catalíticos fora dos metais de transição foi o objetivo dessa tese. Principalmente se considerarmos a escassez dos metais nobres como matéria prima para a catálise de moléculas diatômicas, em especial o oxigênio e o óxido de nitrogênio. A primeira molécula está diretamente relacionada com à obtenção de energia em células a combustível, especificamente, o ânodo das células a combustível. A segunda molécula está relacionada diretamente a eletroredução de íons nitrato, ou seja, na formação de uma molécula diatômica muito estável quimicamente e muito tóxica. Por isso foi utilizada a DFT (Teoria do Funcional da Densidade) para a realização de diversas simulações a 298,15K e 1 atm, com moléculas no estado gasoso de porfirinatos de silício (IV) reagindo com O2 e NO para a confirmação catalítica dos porfirinatos. Para isso foram utilizados os conjuntos de base 3-21G, 6-31G, 6-31G* e 6-31G(d), que mostraram tendências catalíticas dos porfirinatos estudados. Assim, por exemplo, pode-se evidenciar a tendência de hidrólise do porfirinato de silício (IV) através dos cálculos, já observado e demonstrado através de medidas experimentais. Porfirinatos de silício (IV) e octaetilporfirinatos de silício (IV) mostram a mesma tendência de formação de ligação química com O2 , forma de \"ponte\", diferenciando nos valores absolutos de DG e DH, e na ligação do O2 com o anel porfirínico. Com porfirinato, o oxigênio ligou-se com o silício e com o carbono meso; já com o octaetilporfirinato, o O2 ligou-se com o silício e com o nitrogênio do anel, promovendo uma ruptura de ligação entre o silício (presente no centro das porfirinas) e o nitrogênio do anel. A mesma tendência foi observada quando foram adicionadas hidroxilas nos carbonos meso do anel porfirínico, demonstrando que a presença de grupos doadores de elétrons nos carbonos meso não fortalece as ligações silício e nitrogênio presentes no sistema, e um átomo de cloro como contra-íon também não influencia no resultado final da reação. Quando reagimos o sistema com hidrogênio, observa-se a formação de duas moléculas de água fracamente ligadas ao sistema. Octaetilporfirinato de silício (IV) reagiu apenas com duas moléculas de NO, sendo observado a formação de uma estrutura pentagonal sobre o silício, rompendo-se duas ligações entre silício e nitrogênio do anel porfirínico. Quando colocado hidroxilas e cloro no sistema octaetilporfirinato de silício (IV), observou-se a reação apenas com uma molécula de NO, ligada ao nitrogênio do anel, sem a formação de NO+, comum em sistemas porfirínicos cujo átomo central é ferro, por exemplo. Também observou-se a tendência de formação do íon amônio e água, quando é colocado no sistema moléculas de hidrogênio para reagir com o NO preso ao anel porfirínico. Na prática, tanto os porfirinatos de silício (IV) quanto os octaetilporfirinatos de silício (IV) possuem contra-ions, sendo o mais comum o cloreto. Por isso, o estudo da labilidade do íon cloreto com as moléculas estudadas foi de fundamental importância na determinação da tendência desses sistemas. Assim pode-se inferir, por exemplo, que o cloreto é substituído pela molécula de oxigênio numa reação entre esses dois reagentes. Para finalizar, CO e H2 não reagiram com os porfirinatos de silício (IV), mostrando uma forte tendência à repulsão, devido à diferença de fase nos orbitais atômicos. / The search for catalytic materials out of the transition metals was the objective of this thesis. Mainly if we consider the scarcity of noble metals as raw materials for the catalysis of diatomic molecules, especially oxygen and nitrogen oxides. The first molecule is directly related to the getting of energy in fuel cells, specifically, the anode of the fuel cells. The second molecule is related directly to the electroreduction of nitrate ions, in other words, in the formation of a very stable diatomic molecule and also very poisonous. Therefore, DFT was used (Density Functional Theory) for the accomplishment of several simulations, at 298,15K and 1 atm, with molecules in the gaseous state of silicon porphyrinatos (IV) reacting with O2 and NO for their catalytic confirmation. For that, the bases 3-21G, 6-31G, 6-31G * and 6-31G(d) were used to study the catalytic tendencies of the porphyrinatos here studied. For instance, the tendency of hydrolysis of silicon porphyrinato (IV) can be evidenced through theoretical calculations, as already observed and demonstrated through experimental works. Silicon porphyrinatos (IV) and silicon octaethilporphyirinatos (IV) showed the same tendency of forming a chemical bond with O2. They form a \"bridge\" changing the absolute values for DG and DH, and form a O2 bond with the porphyrinic ring. With porphyrinatos, the oxygen binds to silicon and to meso carbon; but with octaethilporphyirinato, the O2 binds to silicon and to the nitrogen of the ring, promoting a rupture between the silicon (present in the center of the porphyrins) and the nitrogen of the ring. The same tendency was observed when hydroxyls were added in the meso carbons of the porphyrinic ring showing that the presence of donor groups of electrons in the meso carbons does not strengthen the silicon and nitrogen bonds presented in the system, and a chlorine counter-ion does not influence the final result of the reaction as well. When we reacted the system with hydrogen, the formation of two weak molecules of water bound to the system is observed. Silicon octaethilporphyrinato (IV) just reacted with two NO molecules, and was observed the formation of a pentagonal structure on silicon breaking two bonds between silicon and nitrogen of the porphyrinic ring. When one puts hydroxyls and chlorine in the system silicon octaethilporphyrinato (IV), the reaction was only observed with a molecule of NO bound to the nitrogen of the ring without the formation of NO+ common in porphyrinic systems where the central atom is iron, for example. Also, it was observed the tendency of formation of the ammonium ion and water when we put in the system molecules of hydrogen to react with the NO linked to the porphyrin ring. In practice, as the silicon porphyrinatos (IV) as the silicon octaethilporphyrinatos (IV) possess counter-ions, where the most common is with chloride. Therefore, the study of the lability of the ion chloride with the studied molecules was of fundamental importance in the determination of the tendency of these molecular systems. From there, for instance, we could observe that the chloride is substituted by the oxygen molecule in a reaction between the two reactants. To conclude, CO and H2 did not react with the silicon porphyrinatos (IV) showing a strong tendency to repulsion due to the phase difference in the atomic orbitals.

Limitadores ópticos são dispositivos que apresentam alta transmitância para baixas intensidades de luz incidente e, inversamente, baixa transmitância para altas intensidades, sendo usados como protetores contra danos em sensores ópticos e olhos humanos. Com o objetivo de estudarmos novos materiais com mecanismos não lineares eficientes para o processo de limitação, bem como novas geometrias ópticas, apresentamos neste trabalho o desenvolvimento de um limitador óptico baseado na absorção saturada reversa de porfirinas e metaloporfirinas. Construímos também um dispositivo baseado na configuração óptica bifocal, usando porfirina como absorvedor saturável reverso. Além disso, obtivemos parâmetros espectroscópicos do estado excitado pelos ajustes teóricos das curvas de transmitância, através da resolução de equações de taxa. / Optical limiters are devices with a high transmittance in the presence of low intensity light, and a considerable lower transmittance otherwise, been used as protectors against damage in optical sensors and human eyes. Aiming at searching for new materials and optical geometries efficient for optical limiting. We report on the development of an optical limiter based on the reverse saturable absorption in porphyrin and metalioporphyrins. We also built a device-based .on a cascade focus configuration, using free base porphyrin as the absorber. Besides, we obtain the excited state spectroscopy parameters by the theoretical fitting of transmittance curves, by solving a set of rate equations.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-05-10T17:34:50Z No. of bitstreams: 1 vanessaenddeoliveira.pdf: 4675913 bytes, checksum: 04efabd176cdca177cc79c9c59b9b97b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-11T13:29:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vanessaenddeoliveira.pdf: 4675913 bytes, checksum: 04efabd176cdca177cc79c9c59b9b97b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-11T13:29:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vanessaenddeoliveira.pdf: 4675913 bytes, checksum: 04efabd176cdca177cc79c9c59b9b97b (MD5) Previous issue date: 2011-07-07 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho são descritas a síntese, as propriedades espectroscópicas e biológicas de metaloporfirinas derivadas de três diferentes porfirinas (5,10,15,20-tetrafenil)-21H,23H porfirina [H2TPP], (5,10,15,20-tetrapiridil)-21H,23H porfirina [H2TPyP] e (ρ-tetrakishidroxifenil)-21H,23H porfirina [H2TKP]. São um total de trinta e três compostos (18 inéditos) obtidos a partir das metaloporfirinas obtidas com alguns metais da primeira série de transição [Co2+, Ni2+, Cu2+e Zn2+], o oxocarbono ácido esquárico e, para alguns, a base de Schiff 1,2-N,N-bis(4-metoxibenzilideno)etilenodiimina (MBDA). Dentre as técnicas utilizadas, destacam-se as espectroscopias vibracionais (Raman e de absorção no infravermelho), eletrônicas, ressonância magnética nuclear e paramagnética de elétrons. Através destas caracterizações foram propostos arranjos estruturais para os derivados obtidos. É importante chamar a atenção de que tanto o respectivo metal quanto o ácido esquárico apresentam papel fundamental para a disposição do arranjo final. As estruturas propostas apresentam-se distorcidas como sugeridas pela espectroscopia eletrônica através do deslocamento da banda Soret. Através do tratamento quimiométrico por PCA pode-se concluir que as bandas secundárias mais energéticas no espectro eletrônico das porfirinas (bandas N, L e M, ≤ 200 nm) são as mais susceptíveis a variações do conteúdo de água do meio. A classe de compostos formada pelas respectivas metaloporfirinas e pela coordenação de uma ou duas moléculas de ácido esquárico nas posições axiais do metal (M) foram nomeadas de “Oxocarbonoporfirinas”, [MTKP(SQ)]. A nomenclatura abrange uma nova família contendo espécies tratadas pela primeira vez em conjunto: metaloporfirinas e um íon oxocarbono sendo as conclusões estabelecidas de modo comparativo. Foram constatadas a labilidade dos complexos contendo íons zinco(II) em solução e a instabilidade dos complexos com íons cobalto(II) para todos os derivados sintetizados. Este detalhe sugere a existência de um tamanho considerado ideal para melhor acomodação do metal no interior do sistema macro. Porém, o complexo [ZnTKP(SQ)] foi o que apresentou resultados mais positivos e promissores para ensaios fotodinâmicos, com transições acima de 650 nm na faixa correspondente à janela terapêutica. / In the present work it has been described the syntheses, spectroscopic and biological properties of metalloporphyrins derived from three different porphyrins: (5,10,15,20-tetraphenyl)-21H,23H porphyrin [H2TPP], (5,10,15,20-tetrapiridil)-21H,23H porphyrin [H2TPyP] and (ρ-tetrakis-hidroxiphenyl)-21H,23H porphyrin [H2TKP]. Thirty three compounds have been synthesized, where eighteen are new, and were obtained from the reaction between metalloporphyrins containing metal ions from the first transition series [Co2+, Ni2+, Cu2+ and Zn2+], the oxocarbon squaric acid, and the Schiff base 1,2-N,N-bis(4methoxibenzylidene) ethylenodiimine (MBDA).Several techniques were used to characterize the compounds: vibrational spectroscopy (Raman and infrared absorption), electronic spectroscopy, nuclear magnetic and electron paramagnetic resonances, and thermogravimetry; such techniques provided information that allowed us to propose structural arrangements for the compounds obtained. It is noteworthy that both the metal and the squaric acid have a key role in the final arrangement archived. The proposed structures are distorted, as suggested by electronic spectroscopy, through the shift of the Soret band. PCA chemometric analysis was useful in predicting that the most energetic secondary bands in the electronic spectra of porphyrins (N, L and M bands ≤ 200 nm) are more susceptible to variations in water content of the medium. The class of compounds formed by the respective metalloporphyrins and the coordination of one or two squaric acid molecules in the axial positions of the metal (M) are named “oxocarbonporphyrins” [MTKP(SQ)]. For the first time, metalloporphyrins together with oxocarbon ion are classified as a new family of compounds and this proposal was based on a comparative method. It was also observed the lability of zinc(II) complexes in solution as well as the instability of the cobalt(II) complexes, for all the synthesized derivatives. These data strongly suggest that the accommodation of the metal ion inside the macrocyclic ligand is ion size dependent. However, the [ZnTKP(SQ)] complex showed up as the most positive and promising species for photodynamic trials, with electronic transitions above 650 nm in the therapeutic window.

Orientador: Marcos Nogueira Eberlin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T09:31:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lalli_PriscilaMicaroni_D.pdf: 7058193 bytes, checksum: bda550a8e643bbf3d082b69bfd94c04e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A espectrometria de mobilidade iônica separa íons de diferentes tamanhos ou formatos (seção de choque) em fase gasosa de acordo com o tempo que levam para atravessar uma câmara preenchida com gás sob a influência de um campo elétrico fraco. O acoplamento dessa técnica à espectrometria de massas (IM-MS) resulta em uma ferramenta extremamente versátil, pois adiciona uma nova dimensão aos dados de MS com informação sobre a estrutura tridimensional das espécies. Assim, a IM-MS tem sido muito utilizada para o estudo conformacional de proteínas, separação de isômeros e análise de misturas complexas. Neste trabalho, investigamos novas aplicações da IMMS, focando na separação de isômeros. Na primeira parte, mostramos que a IM-MS é capaz de separar isômeros posicionais de piridil porfirina mono ou multi substituída com [Ru(bpy)2Cl]+. Os isômeros substituídos em meta mostraram ser mais compactos do que os substituídos em para. Entretanto, os isômeros di-substituídos em cis e trans possuem seção de choque muito parecida e não puderam ser separados. Na segunda parte, mostramos a separação e caracterização de protômeros (espécies protonadas ou desprotonadas em sítios distintos). Apesar da protonação (ou desprotonação) em sítios diferentes não alterar significativamente a seção de choque da espécie, ela pode resultar em íons com distribuição de cargas contrastantes, o que leva a formação de heterodímeros entre os íons e as moléculas do gás (CO2) com forças e tempo de vidas contrastantes, assim assegurando a resolução desses protômeros por IM-MS. Na terceira parte do trabalho, investigamos o potencial da técnica para o detalhamento composicional e estrutural de compostos presentes em petróleo através da análise de cortes de destilação de alto ponto de ebulição / Abstract: Ion mobility mass spectrometry separates ions with different size or shape (collision cross section) in the gas phase according to the time they take to travel through a cell filled with gas under the influence of a low electric field. The coupling of this technique to mass spectrometry (IM-MS) results in an extremely versatile tool, since it adds a new dimension to MS data with information about the species¿ threedimensional structure. Therefore, IM-MS has been extensively used for protein conformation studies, isomer separations and analysis of complex mixtures. In this work, we investigate new applications of IM-MS, focusing on isomer separation. In the first part, we show that IM-MS is able to separate positional isomers of pyridilporhyrins mono or multi-substituted wih [Ru(bpy)2Cl]+. The meta substituted isomers were shown to be more compact than the para substituted isomers. On the other hand, cis and trans di-substituted isomers display very similar collision cross sections and could not be separated. In the second part of this work, we show the separation and characterization of protomers (species protonated or deprotonated in different sites). Although protonation (or deprotonation) in different sites does not change significatly the species collision cross section, it may result in ions with contrasting charge distribution, which leads to the formation of heterodimers between ions and gas molecules (CO2) with contrasting strengths and life times, therefore allowing the resolution of these protomers by IM-MS. In the third part of this work, we investigate the potencial of this technique for the compositional and structural detailing of compounds present in crude oil by the analysis of high boiling point distillation cuts / Doutorado / Quimica Analitica / Doutora em Ciências

Orientador: Abner de Siervo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:15:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fatayer_ShadiPassam_M.pdf: 3223190 bytes, checksum: f98805b3695907c808260ec6d392c1b8 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O estudo de sistemas moleculares em cima de substratos metálicos tem atraído uma crescente atenção da comunidade científica. O melhor entendimento sobre as características de auto-organização e a habilidade de controlá-las em moléculas tem gerado formas mais baratas e rápidas de usar a abordagem bottom-up em nanociência. Dentre os diversos estudos feitos, podemos citar o desenvolvimento de sensores de gás que utilizam do sinal magnético de uma camada auto-organizada de moléculas e da ligação de pequenas moléculas como CO ou NO que promovem a emergência de magnetismo na amostra. Outro aspecto interessante do estudo de sistemas moleculares se encontra na similariedade das moléculas que podem ser utilizadas com moléculas encontradas nos processos recorrentes na natureza, por exemplo, as clorofilas e hemoglobinas. Isto significa que ao estudar moléculas simples é possível mimetizar um comportamento parecido com o das moléculas citadas. Neste sentido, em nosso trabalho estudamos dois tipos de moléculas ¿ Porfirinas e Ftalocianinas ¿ e as propriedades estruturais quando depositadas em diferentes substratos metálicos. As porfirinas foram analisadas em uma superfície de baixo índice de Miller, Cu(111), e tiveram seu comportamento comparado com o análogo em superfícies vicinais, Au(332) e Au(788). As porfirinas formam estruturas em 1D quando depositadas em pequenas quantidades, dependendo da natureza do substrato e a largura de seu terraço. Em maiores coberturas, as porfirinas formam diferentes estruturas de empacotamento fechado em 2D, de simetrias quadrada e paralelogrâmica. Eletronicamente observou-se a modificação do entorno químico do níquel quando a molécula de NiTPP é adsorvida no Cu(111). As ftalocianinas foram depositadas em diferentes substratos visando a produção de co-organização de dois tipos de moléculas num padrão tabuleiro de xadrez. Após a obtenção do padrão de tabuleiro de xadrez, nós realizamos experimentos para elucidar os mecanismos que possibilitam formar tais estruturas. Com o intuito de estudar auto-organização molecular, nós empregamos técnicas sensíveis a superfícies como a Microscopia de Tunelamento, Espectroscopia de Tunelamento e Espectroscopia de Fotoemissão por Raios-X. Tais técnicas possibilitam a obtenção das propriedades estruturais e eletrônicas das nanoestruturas formadas / Abstract: The study of molecular systems on top of metal substrates has gathered increased atten-tion of the scientific community. Better understanding over different self-assembly haracteristics and the ability to control them in molecules has led to the development of quicker and cheaper routes of the use of the bottom-up approach in nanoscience. Among the diverse studies, we can cite the development of gas sensors that use the mag-netic signal of a self-assembled layer of molecules and the eventual binding of small molecules such as CO or NO leading to the emergence of magnetism on the sample. Another interesting aspect of the study of molecular systems is the similarity of molecules commonly used with molecules found in nature processes, e.g. chlorophylls and hemeglobins. This means that by studying simple molecules one can try to mimic the natural processes of those natural molecules. In this sense, in our work we have studied two classes of molecules ¿ Porphyrins and Phthalocyanines ¿ and their structural properties when deposited on different metal substrates. The porphyrins were analyzed on a low-index miller surface, Cu(111) and compared to their be-havior when deposited on vicinal substrates, Au(332) and Au(788). The porphyrins were ob-served to form 1D structures when deposited in small quantities depending on the nature of the substrate and its terrace width. At higher coverages, porphyrins formed different close-packed 2D structures, with square and parallelogram symmetry. Electronically was observed the modifica-tion of the chemical environment of nickel when NiTPP is adsorbed on Cu(111). The phthalo-cyanines were deposited on different substrates as well, towards the goal of producing co-assembling of two types of molecules as chessboard arrays. After the chessboard array was obtained, we gathered knowledge about the mechanisms that formed such structures. Towards the goal of studying molecular self-assembly, we have employed proper surface sensitive techniques such as Scanning Tunneling Microscopy, Scanning Tunneling Spectroscopy and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Such techniques allowed us to obtain the structural and electronic properties of the nanostructures formed / Mestrado / Física / Mestre em Física

Apesar de extensivamente estudado para utilização em superfícies oclusais, o DIAGNOdent tem demonstrado um desempenho insatisfatório para medição de pequenas alterações minerais. Isso se deve ao fato do aparelho provavelmente medir o aumento de fluorescência decorrente de alterações orgânicas decorrentes do processo carioso, ao invés das alterações minerais. Portanto, o objetivo do presente estudo in vitro foi propor a associação do DIAGNOdent com dois corantes fluorescentes e avaliar o desempenho do método na detecção de lesões de cárie em superfícies lisas e oclusais, avaliar a capacidade de detecção precoce da desmineralização e testar a capacidade dos métodos em quantificar a perda mineral de lesões de superfície lisa. Para todos os experimentos, dentes decíduos foram utilizados. Os corantes selecionados foram uma solução de tetrakis (N-metilpiridil) porfirina (TMPyP) a 0,2 mM e uma solução de protoporfirina IX (PPIX) a 4 mM, dissolvida em dimetil sulfóxido e água (1:1). Lesões artificiais de cárie formadas até 16 dias e lesões artificiais de cárie formadas durante 12, 24, 48 e 96 h foram avaliadas com o DIAGNOdent sem e com os corantes para avaliar se havia correlação com perda mineral e melhora no desempenho na detecção dessas lesões. Estudos com os métodos em lesões naturais de cárie em superfície oclusal também foram realizados. A avaliação da perda mineral das lesões artificiais formadas até 16 dias foi determinada pela perda de cálcio pelas amostras, mensurada por espectrometria de emissão atômica, e pela profundidade das lesões, 11 avaliada em microscópio de luz polarizada. Nas lesões precoces, a perda mineral foi avaliada através da perda de cálcio, enquanto que a validação realizada nas lesões oclusais foi feita através de exame histológico. Correlação entre as leituras do aparelho com e sem os corantes e as avaliações realizadas na validação das lesões, bem como parâmetros para indicar o desempenho dos métodos na detecção dessas lesões foram calculados. A detecção das lesões artificiais de cárie foi feita de modo mais eficiente utilizando o DIAGNOdent com os corantes (principalmente com a TMPyP), comparado ao método do DIAGNOdent isolado. Já a quantificação das lesões foi mais adequada com o DIAGNOdent utilizado com PPIX. Para as lesões iniciais, a associação entre a TMPyP e o DIAGNOdent proporcionou uma detecção bastante precoce e uma boa quantificação da desmineralização, comparado aos outros métodos. Já para as lesões oclusais, não foram encontradas diferenças significantes entre os métodos. Em conclusão, a utilização do DIAGNOdent associado à TMPyP proporciona uma melhor performance na detecção de lesões artificiais de cárie de superfície lisa e na detecção precoce da desmineralização causada pela cárie dentária, enquanto que a associação do método com a PPIX obtém uma melhor quantificação das lesões artificiais de cárie em superfície lisa de dentes decíduos formadas em períodos maiores. / Despite the DIAGNOdent has been extensively studied in occlusal surfaces, the device has presented unsuitable performance in the evaluation of the minor mineral changes. This is owing to the fact that the device probably measures fluorescence increase in caries lesions due to changes in the organic content of the lesions rather than mineral loss. Thus, the aim of the present in vitro study was to propose the association of the DIAGNOdent with two fluorescent dyes and to evaluate the performance of the methods in detecting smooth and occlusal surfaces caries lesions, to evaluate the capability of the detection of early demineralization, and to test the feasibility of the methods for quantification of mineral loss from smooth surface caries lesions. Primary teeth were used in all experiments. The selected dyes were a solution contained 0,2 mM tetrakis(N-methylpyridyl)porphyrin (TMPyP) and a solution with 4 mM protoporphyrin IX (PPIX) in water and dimethyl sulfoxide (1:1). Artificial caries lesions created for until 16 days and for 12, 24, 48 e 96 h were measured with the DIAGNOdent without or with the dyes to evaluate the correlation with mineral loss and the performance of the detection of these caries lesions. Experiments with the methods were also carried out to detect natural occlusal caries lesions. Mineral loss measurements of the artificial caries lesions were evaluated in terms of the calcium loss values, determined by atomic emission spectrometry, and lesions depth values, evaluated by polarized light microscope. In the early caries lesions, calcium loss was determined, and the validation of the occlusal caries lesions was performed by histopathological examination. Correlation between 13 DIAGNOdent readings associated or no with the dyes and the determinations performed to validate the caries lesions, as well as the parameters related to the performance of the methods to detect these lesions were calculated. The detection of the artificial caries lesions were better performed with the DIAGNOdent associated with the dyes (especially with TMPyP), compared to the method using the DIAGNOdent without dyes. With regard to the quantification of the caries lesions, the method with PPIX presented better results. Regarding the early caries lesions, the association between DIAGNOdent and TMPyP provided a very early detection and a suitable quantification of the demineralization, compared with the other methods. Concerning the occlusal caries lesions, there were no significant differences among the methods. In conclusion, the use of the DIAGNOdent associated with TMPyP provides better performance in detecting smooth surface artificial caries lesions and to detect early demineralization from dental caries, while the association of the device with PPIX improves the quantification of the smooth surface artificial caries lesions produced for longer periods, in primary teeth.

Foram investigadas através da técnica de absorção eletrônica Uv-Vis e emissão de fluorescência a interação entre uma série de porfirinas e zinco-porfirinas com o polímero de eumelanina sintética obtida pela auto-oxidação da L-DOPA (dihidroxi-fenilalanina). Ocorre a formação de dois complexos na interação entre as porfirinas catiônicas e a eumelanina. Um complexo mais fraco em concentrações mais baixas e intermediárias de eumelanina, e um complexo mais forte em concentrações maiores. Estes complexos podem ser observados pelas variações obtidas nos espectros de absorção em função da concentração da melanina. A eumelanina suprime eficientemente a fluorescência das porfirinas catiônicas, em um processo de supressão por esfera de ação. Este processo ocorre particularmente para os complexos fracos entre a porfirina e a eumelanina, podendo ser inferido pela natureza de polieletrólito da eumelanina que deve apresentar uma ampla superfície de contato carregada negativamente, facilitando a orientação das porfirinas em uma disposição planar em relação ao polímero. A determinação das constantes de supressão estáticas aparentes (KEA) mostra que os substituintes alquílicos influem consideravelmente na formação destes complexos com a eumelanina. As diferentes interações são devidas aos fatores estruturais tais como dimensão da porfirina, polarização dos substituintes e formação de interações de natureza hidrofóbica. As zinco-porfirinas são de forma geral menos suprimidas que as bases livres. Este comportamento pode ser uma evidencia da aproximação planar em relação ao polímero da melanina, uma vez que zinco porfirinas apresentam moléculas de água ligadas axialmente, logo estas moléculas coordenadas axialmente impediriam uma aproximação mais efetiva. Foi realizado um estudo da formação de filmes baseados na técnica de auto-montagem eletrostática entre as porfirinas e a melanina utilizando como substrato o vidro. Observa-se que a adsorção das porfirinas em vidro é diferenciada sendo a TBzPyP a base livre que apresenta a maior adsorção. Pelos espectros de emissão dos filmes de porfirina em vidro foi possível verificar que alguns derivados interagem com uma participação mais efetiva dos piridínios que outros em que a interação é menos direcionada. Nos filmes porfirina melanina também é observada a supressão de fluorescência da porfirina. A diferença na magnitude de supressão nos filmes sugere que estes derivados possam ser utilizados em sistemas de diagnóstico relacionados à detecção de tumores melanóticos. Em um estudo paralelo, foram investigadas as propriedades de fotoisomerização de grupos azobenzênicos coordenados axialmente a uma ftalocianina de Silício(IV). Este sistema apresenta fotoisomerização E-Z e isomerização térmica e sensibilizada para o processo Z-E. As conversões E-Z e Z-E seguem uma cinética de primeira ordem, sendo o processo térmico Z-E cerca de dez vezes mais lento que o fotoquímico E-Z. A intensidade de fluorescência da ftalocianina é dependente do estado de isomerização dos grupos axiais, sendo que a forma E apresenta maior emissão de fluorescência que a forma Z. Portanto este sistema se constitui em um dispositivo molecular do tipo “on-off", onde a intensidade de fluorescência pode ser controlada por um estímulo externo, no caso o comprimento de onda de excitação para a reação E-Z direta ou Z-E sensibilizada. / In this work we have investigated the interaction between a series of cationic porphyrins and zinc-porphyrins and the synthetic eumelanin polymer obtained by the auto-oxidation of L-DOPA (dihidroxy-phenylalanine) by means of UV-Vis and fluorescence emission techniques. Weak and strong porphyrin-melanin complexes are formed, and the evolution from weak to strong complexes can be monitored by the UV-Vis changes in the pophyrin spectra as the melanin concentration increases. The porphyrin fluorescence emission is quenched efficiently by eumelanin in a “quenching sphere of action" mechanism. This quenching sphere of action process is mainly observed for the weak complexes, and can be rationalized considering the polyelectrolyte nature of the eumelanin polymer which provides a broad contact area coated negatively, that enables a planar approximation of the porphyrins. The apparent static quenching constants (KEA) show that the nature of the alkyl substiutents markedly influences the complex formation. Total porphyrin size, different polarization induced by substituents and specific hydrophobic interactions are probably responsible for the different porphyrin – melanin association, which in turn reflects in the quenching properties of each particular porphyrin - melanin complex. The corresponding Zinc-porphyrins are less efficiently quenched by eumelanin, probably due the fact this molecules are axially coordinated by a water molecule, precluding a more close approximation between zinc-porphyrin and the eumelanin polymer. Electrostatically self-assembled films of porphyrins and eumelanin on glass have been studied. Different porphyrin adsorption on glass were observed, and TBzPyP derivative shown the highest adsorption in the investigated porphyrin series. Fluorescence emission suggests different interaction properties of the adsorbed pophyrin on glass, with specific pyridinium participation for some porphyrin derivatives. Fluorescence quenching of the porphyrins is observed in porphyrin – melanin films. The differences observed in the quenching for each derivative suggest a possible application of these compounds for diagnostic procedures related to melanotic tumors. In a complementary study, have been investigated the photoisomerization properties of a Si(IV)-phthalocyanine axially coordinated by azobenzene groups. Photochemical E-Z and thermal and sensitized Z-E isomerization processes were observed. Both E-Z photochemical and Z-E thermal follow first-order kinetics. Z-E process as expected is considerably slower than E-Z. The pthalocyanine emission is dependent on the isomerization state of the apendent azobenze groups, and the E form is more emissive than the Z form. This system can be considered a molecular device since the emission properties of the phthalocyanine moiety can be modulated by the isomerization state of the axially coordinated azoarenes, creating an on-off (E-Z states) fluorescence signal, and differently from other reported systems the recovery of the initial state does not depend only on the rate of the thermal reaction, since it can be controlled by a sensitized mechanism. This system seems promising taking into account the stability of the axially coordinated moieties, the greater versatility in the achievement of the desired isomerization state and the broad spectral region considering both direct and sensitized excitation.

A química supramolecular de porfirinas e clusters trinucleares de rutênio foi investigada sob o ponto de vista teórico-experimental. Através do desenvolvimento de uma nova metodologia baseada em ferramentas teóricas, as propriedades desses sistemas puderam ser explicadas à luz da mecânica quântica, revelando os mecanismos eletrônicos envolvidos na modificação das propriedades dos anéis porfirínicos pelos compostos de coordenação. As geometrias, a dinâmica e as estruturas eletrônicas desses sistemas foram obtidas através do desenvolvimento de novos parâmetros para campos de força empíricos, e da utilização de métodos semi-empíricos e ab initio. Essas foram utilizadas para interpretar as propriedades físico-químicas dos mesmos, como por exemplo a associação intermolecular em solução e na forma de filmes finos obtidos sobre superfícies não rugosas. O estudo teórico detalhado das estruturas eletrônicas dessas espécies comprovou que a influência supramolecular dos compostos de coordenação se dá através de orbitais de simetria π, representando o principal mecanismo de ativação de anéis porfirínicos por compostos de coordenação. Essa ativação diferenciada pôde ser evidenciada experimentalmente pela aplicação dessas espécies em células fotoeletroquímicas e em sistemas de catálise com atividade citocromo P-450. / The supramolecular chemistry of porphyrins and trinuclear ruthenium clusters has been investigated by a theoretical-experimental approach. Through the development of a new methodology based on theoretical tools, their relevant properties were explained using quantum mechanics, disclosing the electronic mechanisms by which coordination compounds modify the properties of porphyrin rings. Geometries, dynamics and electronic structures of these systems have been obtained by the development of new parameters for empirical force fields, and through semiempirical and ab initio methods. They have been used to explain the physical-chemical properties as, for example, the intermolecular association in solution, and thin film formation over flat surfaces. According to the detailed theoretical study coordination compounds increase the catalytic activity of porphyrin rings via π-orbital coupling, and this is the main mechanism of porphyrin activation. Such enhanced activity has been experimentally observed in photoelectrochemical devices and in the oxidation catalysis of organic substrates, providing synthetic models of cytochrome P-450 systems.

Na primeira parte deste trabalho foi estudada a interação da porfirina catiônica meso-tetrakis N-metil-4-piridil (TMPyP) e a porfirina aniônica meso-tetrakis 4-fenilsulfonato (TPPS4) nas formas de base livre com sistemas modelos de membrana biológica (micelas iônicas, micelas mistas e vesículas de fosfolipídios) em soluções aquosas, através das técnicas de absorção ótica, espalhamento de luz ressonante (RLS do inglês \"resonante light scattering), fluorescência e SAXS, do inglês \"Small Angle X-Ray Scattering\". As curvas de SAXS das micelas catiônicas de CTAC (cloreto de cetiltrimetilamônio) foram ajustadas como um elipsóide prolato na ausência e na presença de 2-10 mM de TPPS4. Os dados de SAXS mostraram que a presença da porfirina TPPS4 modifica o centro hidrofóbico micelar, levando a formação de micelas menores. Através das análises dos dados de SAXS das micelas de SDS (dodecilsulfato de sódio) observamos que a forma da micela na ausência e na presença de 2-10 mM TMPyP apresenta a forma de um elipsóide prolato sem mudanças. Entretanto, o coeficiente de ionização, diminuiu com o aumento da concentração de porfirina, sugerindo a \"blindagem\" da carga aniônica do SDS pela porfirina catiônica. A supressão de fluorescência da TPPS4 e TMPyP foi estudada na ausência e na presença de diferentes micelas de surfactantes, tais como as de SDS, CTAC, HPS (N-hexadecil-N,N,dimetil-3-amônio-1-propano sulfato) e TX-100 (t-octil-fenoxi-polietoxi-etanol). O iodeto de potássio (KI) foi utilizado como supressor. Os gráficos de Stern-Volmer dos dados de fluorescência no estado estacionário foram ajustados pela equação quadrática, incluindo a supressão dinâmica (KD) e estática (KS). Os valores de KS são muito menores do que os valores de KD. Os resultados da TMPyP são consistentes com as constantes de ligação reportadas na literatura: uma redução significativa de supressão acontece para a TMPyP na presença de SDS, e uma redução moderada é observada para o sistema TMPyP-HPS e quase nenhuma mudança é vista para a TMPyP na presença de TX-100. Para o sistema CTAC-TPPS4 um aumento na supressão foi observado quando comparada com a TPPS4 em tampão puro. Isto provavelmente é associado ao acúmulo de iodeto na interface da micela catiônica. A atração entre a cabeça polar do CTAC e I-, e a repulsão entre SDS e I-, aumenta e reduz a supressão de fluorescência, respectivamente, das porfirinas que se localizam na interface micelar. A pequena supressão da TPPS4 em TX-100 é coerente com a forte ligação entre a TPPS4-TX-100 reportada na literatura. A TPPS4 e a TMPyP na presença de concentrações baixas dos surfactantes CTAC e SDS, respectivamente, apresentaram formação de agregados pré-micelares. A adição de surfactante neutro, TX-100, reduziu o efeito de agregação, acompanhada pelas várias técnicas espectroscópicas utilizadas neste trabalho. Portanto, sob condições onde temos a máxima formação de agregados (porfirina-surfactante), a titulação da TPPS4 com micelas de 40%CTAC-60%TX-100 e a TMPyP com micelas de 80%SDS-20%TX-100 não foi suficiente para eliminar a agregação, apesar da diminuição significativa do efeito de supressão de fluorescência e da intensidade de luz espalhada. A interação da TMPyP com 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-fosfocolina (POPC), 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-[Fosfo-rac-(1-glicero)] (POPG) e a mistura POPC + POPG é predominantemente devido à contribuição de eletrostática. O aumento da carga negativa, devido à adição de POPG, favorece a interação das vesículas com a porfirina catiônica. Na segunda parte deste trabalho foram estudados os efeitos de três surfactantes na estrutura oligomérica da hemoglobina extracelular gigante de Glossoscolex paulistus (HbGp) na sua forma oxi. O estudo com o SDS, CTAC e HPS permitiu diferenciar os efeitos de cargas opostas da cabeça polar dos surfactantes na dissociação da estrutura oligomérica e na autoxidação da hemoglobina. A interação do HPS com HbGp foi claramente menos intensa que a interação desta hemoglobina com os surfactantes catiônico (CTAC) e aniônico (SDS). Provavelmente, esta menor interação da HbGp com HPS, quando comparada com o SDS e o CTAC, é devido a menor atração eletrostática entre o HPS e os sítios iônicos da proteina. Dados espectroscópicos foram discutidos e comparados com os da literatura, afim de compreender a interação hemoglobina-surfactante, e como o ponto isoelétrico ácido (pI) pode influenciar na relação da estrutura-atividade das hemoglobinas gigantes extracelulares. As amostras de HbGp foram estudadas por espalhamento de luz dinâmico (DLS do inglês \"Dynamic light scattering\"). Na faixa de pH 6.0 a 8.0, HbGp é bastante estável e a distribuição de tamanho das partículas é monodispersa com um diâmetro hidrodinâmico médio (Dh) de 27 nm. O aumento dos valores de pH (pH>9.0) induziu um processo de dissociação irreversível, resultando num valor do Dh menor (10 nm). A diminuição do Dh sugere uma dissociação completa da hemoglobina. Em pH>9,0 a cinética de dissociação é lenta, com um mínimo 24 h para ser completada. As constantes cinéticas de dissociação aumentam progressivamente, com o aumento do valor do pH. As curvas de melting point para HbGp apresentaram dissociação oligomérica e desnaturação da proteina em função do pH. Os processos de autoxidação e dissociação estão intimamente relacionados, de modo que a dissociação da proteina oligomérica promove um aumento na velocidade de autoxidação e vice-versa. / In the first part of this work interactions of the cationic meso tetrakis (4-N-methilpyridil) porphyrin (TMPyP) and meso-tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (TPPS4) in the free base forms with membrane model systems (ionic micelles, mixed micelles and phospholipids vesicles) in aqueous solutions, have been investigated by optical absorption, resonance light scattering (RLS), fluorescence and SAXS (Small Angle X-Ray Scattering). The best-fit SAXS curves were obtained assuming for cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) micelle a prolate ellipsoidal shape in the absence and upon incorporation of 2-10 mM TPPS4. SAXS results show that the presence of TPPS4 impacts on micellar hydrophobic core, leading to a micellar reassembling into smaller micelles. SAXS data analysis demonstrated a prolate ellipsoidal shape for sodium dodecyl sulfate (SDS) micelles; no significant changes in shape and size were observed for SDS-TMPyP co-micelles. Moreover, the ionization coefficient, α, decreases with the increase of the porphyrin concentration, suggesting the \"screening\" of the anionic charge of SDS by the cationic porphyrin. These results are consistent with optical absorption, fluorescence and RLS spectroscopies data, allowing to conclude that neutral surfactants present a smaller interaction with the cationic porphyrin as compared with ionic surfactants. Fluorescence quenching of TPPS4 and TMPyP is studied in aqueous solution and upon addition of micelles of SDS, CTAC, N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1- propanesulfonate (HPS) and t-octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100). Potassium iodide (KI) was used as quencher. Steady-state Stern-Volmer plots were best fitted by a quadratic equation, including dynamic (KD) and static (KS) quenching. KS was significantly smaller than KD. For TMPyP quenching results are consistent with reported binding constants: a significant reduction of quenching takes place for SDS, a moderate reduction is observed for HPS and almost no change is seen for Triton X-100. For CTAC-TPPS4 system an enhancement of quenching was observed as compared to pure buffer. This is probably associated to accumulation of iodide at the cationic micellar interface. The attraction between CTAC headgroups and I-, and repulsion between SDS and I-, enhances and reduces the fluorescence quenching, respectively, of porphyrins located at the micellar interface. The small quenching of TPPS4 in Triton X-100 is consistent with strong binding as reported in the literature. Anionic TPPS4 and cationic TMPyP in the presence of low concentrations of the surfactants CTAC and SDS, respectively, showed formation of aggregates, monitored by optical absorption, fluorescence and resonance light scattering intensity (RLS). The addition of nonionic surfactant, Triton X-100, reduced the effect of aggregation monitored by the various techniques used in the present work. Therefore, under conditions for the maximum of aggregate formation (porphyrin-surfactant), apparently, the CTAC: TX-100 ratio equal to 40:60 and SDS:TX-100 ratio equal to 80:20 are not sufficient to eliminate aggregation, despite the significant decrease of the quenching effect of fluorescence and of the light scattering intensity. The interaction of TMPyP with 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn- Glycero-3-Phosphocholine (POPC), 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1- glycerol)] (POPG) and the mixture POPC+POPG is predominantly due to the electrostatic contribution. The increase of the negative charge, due to addition of POPG, favors the interaction of vesicles with the cationic porphyrin. On the second part of this work the effects of three surfactants upon the oligomeric structure of the giant extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp) in the oxy - form was studied. The use of SDS, CTAC and HPS has allowed to differentiate the effects of opposite headgroup charges on the oligomeric structure dissociation and hemoglobin autoxidation. Furthermore, the interaction of HPS with HbGp was clearly less intense than the interaction of this hemoglobin with cationic (CTAC) and anionic (SDS) surfactants. Probably, this lower interaction with HPS is due to the lower electrostatic attraction between the HPS surfactant and the protein surface ionic sites when compared to the electrostatic interaction between HbGp and cationic and anionic surfactants. Spectroscopic data are discussed and compared with the literature in order to improve the understanding of hemoglobin-surfactant interaction as well as the acid isoelectric point (pI) influence of the giant extracellular hemoglobins on its structure-activity relationship. HbGp samples were studied by dynamic light scattering (DLS). In the pH from range 6.0 to 8.0, HbGp is stable and a monodisperse size distribution with a z-average hydrodynamic diameter (Dh) of 27±1 nm is observed. More alkaline pH (pH>9.0) induced an irreversible dissociation process, resulting in smaller Dh of 10±1 nm. Dh decrease suggests a complete hemoglobin dissociation. At pH 9.0 the dissociation kinetics is slow, taking a minimum of 24 h to be completed. Dissociation rate constants progressively increase at higher pH. Melting curves for HbGp showed oligomeric dissociation and protein denaturation as a function of pH. Autoxidation and dissociation processes are intimately related, so that oligomeric protein dissociation promotes the increase of autoxidation rate and vice-versa.

Neste trabalho, estudamos as características fotofísicas da porfirina mesotetrasulfonatofenil (TPPS4) em sua forma protonada e não protonada. Foi obtido o conjunto completo dos parâmetros fotofísicos de estados excitados da TPPS4 em solução aquosa e na presença de micelas do surfactante catiônico brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB). Os parâmetros obtidos foram: seções de choque do estado fundamental e dos excitados singleto e tripleto, tempos de vida dos estados excitados singleto e tripleto, taxas de decaimento radiativo, da conversão interna e do cruzamento intersistemas e rendimentos quânticos da fluorescência e do estado tripleto. Foram empregadas as técnicas ópticas lineares espectroscópicas de absorção UV/Vis, de fluorescência estática e resolvida no tempo, flash-fotólise e uma técnica óptica não linear Varredura-Z. Comparando os dados obtidos com os da literatura confirmamos que a técnica Varredura-Z em todos os regimes utilizados é confiável e útil para estudo das características dos estados excitados. Foi observado que a protonação afeta todos os parâmetros obtidos: aumenta todas as taxas da decaimento da energia de excitação, diminuindo assim os tempos de vida dos estados excitados, aumenta o rendimento quântico da fluorescência e diminui o do estado tripleto. Através de dois regimes da Varredura-Z: amplificação paramétrica (OPA) e de pulsos ultracurtos de luz branca (LB), foi obtido o espectro de absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 800 nm. Foi observado que a forma da TPPS4 protonada possui uma alta absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 620 nm. Analisando os resultados obtidos podemos concluir que a TPPS4 é um composto promissor para aplicação como limitador óptico na região espectral visível e como uma chave óptica, sendo que na forma não protonada ela será eficiente na escala de femto- a picossegundos, enquanto que na forma protonada na escala de femto- a nanossegundos. Na presença de micelas de CTAB os parâmetros obtidos estão próximos dos valores encontrados para porfirina não protonada e completamente diferente daqueles da forma protonada. Além disso, na aplicação da Varredura-Z em regime LB foi observado um efeito acumulativo, devido à dispersão temporal da luz branca (chirp). Este efeito é mais pronunciado para forma protonada, devido sua banda Q de absorção coincidir com a região de maior potência da luz branca. / In this work, we study photophysical characteristics of meso-tetrakis sulphonatophenyl porphyrin (TPPS4) in protonated and nonprotonated states. We obtained the whole set of photophysical parameters of TPPS4 excited states in homogeneous aqueous solution and in the presence of micelles from cationic detergent cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). The parameters obtained were: ground and excited singlet and triplet states cross sections; intersystemcrossing, internal conversion and radiative rate constants; singlet and triplet states life times and fluorescence and triplet state quantum yields. The techniques employed were linear optical ones: UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopies, time-resolved fluorescence, flash-photolysis, and nonlinear Z-scan. We have confirmed, comparing obtained date with those from literature, that Z-scan in all its applied regimes is reliable and useful to study the excited state characteristics. It was observed that protonation affects all TPPS4 photophysical parameters: increases all rate constants of the excited energy dissipation thus reducing the excited state lifetimes, increases the fluorescence quantum yield and reduces the triplet state quantum yield. The singlet excited state absorption spectrum was obtained in the 460-800 nm region, with two Z-scan regimes: optical parametric amplification - OPA with 120-140 fs pulses and white light ultrashort pulses. It was observed that the protonated TPPS4 form possesses intense absorption of its singlet excited state in the 460-620 nm region. Basing on the obtained date analysis we can conclude that TPPS4 is promising for application as optical limiters in the visible spectral range and optical switching: in its nonprotonated form it can be effective in the range from femto- up to picoseconds while in its protonated form in the range from femto- up to nanoseconds. In the presence of CTAB micelles the TPPS4 parameters were close to those found for its nonprotonated state and completely different from the values for the protonated one. Besides, we observed an accumulative effect due to white light time dispersion (chirp), which was more pronounced for the protonated state, since its Q absorption band coincided with white light high potency region.