Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-27T17:37:56Z No. of bitstreams: 1 stefanosleitegeorgopoulos.pdf: 4197342 bytes, checksum: 2974d92b3639af53c51f602c3cd7723f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-05-13T13:03:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 stefanosleitegeorgopoulos.pdf: 4197342 bytes, checksum: 2974d92b3639af53c51f602c3cd7723f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-13T13:03:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 stefanosleitegeorgopoulos.pdf: 4197342 bytes, checksum: 2974d92b3639af53c51f602c3cd7723f (MD5) Previous issue date: 2014-08-25 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A investigação das soluções de ácido esquárico (H2SQ), diprótico, em dimetilsulfóxido, utilizando a espectroscopia Raman, com o auxílio do cálculo dos métodos numéricos, possibilitou identificar e determinar quantitativamente diversas espécies formadas em solução, distinguindo também as possíveis interações entre o solvente e o soluto e, ainda, a interação entre os solutos vizinhos. A identificação destas interações permitiu tanto a descoberta de espécies químicas na solução, como o H2SQ não-dissociado, formando complexo e não formando complexo, como a fração de H2SQ que se dissociou, formando o ânion monovalente hidrogeno-esquarato (HSQ-) e o ânion divalente esquarato (SQ2-). Também se fez a determinação do tipo de interação predominante que ocorre entre os H2SQ, explicando-se a razão de surgir a cor rosa nas soluções que contêm o H2SQ como soluto, através da interação π-π entre os anéis vizinhos. A formação de sistemas cristalinos através dos sais contendo os cátions tetraalquilamônio e os ânions originados dos oxocarbonos, tais como o íon SQ2-, o ânion divalente croconato e o íon HSQ-, fornece condições de investigar como a variação do volume do cátion influencia na forma da dissociação iônica sofrida pelo H2SQ. Ao compararmos os diferentes sais de tetraalquilamônio, podemos perceber a avidez do ânion divalente croconato, por moléculas de água, e a preferência dos ânions derivados do H2SQ e do próprio H2SQ por realizar ligações de hidrogênio entre si, em solução aquosa. Estes sistemas cristalinos mostram claramente a maior “maciez” da nuvem eletrônica dos íons originados a partir da dissociação iônica do H2SQ do que a daqueles originados no íon croconato. A formação exclusiva do íon SQ2-, ligado, por ponte de hidrogênio, a outros dois H2SQ, no esquarato de tetrabutilamônio, enquanto no sal de tetrapropilamônio há apenas dois íons HSQ-, ligados por pontes de hidrogênio entre si, mostram o quanto o volume do cátion influencia na quantidade de dissociação iônica sofrida pelo H2SQ. / Investigations of the diprotic squaric acid (H2SQ) solutions in dimethylsulfoxide using Raman spectroscopy supported by numerical method calculation, were able to identifying and measure the amounts of the several species present in solutions, taking into account the interactions between solvent and solute, as well as the neighbouring solutes. The identification of such interactions allowed the discover of the chemical species present in the solution, as for instance the complex and non-complex H2SQ associated species, and the dissociated H2SQ, as a fraction of the hydrogen squarate anion (HSQ-) and divalent anion squarate (SQ2-). In addition, the type of interaction between neighbors H2SQ has also been determined, justifying the reason of an emerging pink color for the H2SQ solutions, probably generated by π-π interaction between neighbor rings of H2SQ species. The synthesis of a crystaline system originated by tetraalkylammonium cations and oxocarbon anions, as a SQ2- ion, croconate divalent anion and HSQ- ion was able to investigate how the variation of the cationic volume can influence the type of ionic dissociation presented by the different H2SQ species. When comparing different tetraalkylammonium salts, it can be noticed a great affinity by water molecules from croconate divalent anion, and the preference of the anions derived from H2SQ to perform hydrogen bonds between them, in aqueous solution. This crystalline system shows more “softly” electronic clouds of the ions originated from ionic dissociation of the H2SQ than croconate ion. Exclusive formation of the SQ2- ion, bonded by htdrogen bonds, for two H2SQ species, in the tetrabutylammonium squarate salts, while in the tetrapropylammonium salts have only two HSQ- ions, bonded by hydrogen bonds between them, has also showed how the cation volume can be an important influence for the ionic dissociation quantities suffered by H2SQ.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial antifúngico contra o fungo Aspergillus flavus, dos extratos de folhas de Eucalyptus staigeriana F. Muell., preparados a partir de folhas frescas, liofilizadas e secas ao ambiente, sob diferentes tempos de extração e por diferentes solventes extratores, tais como metanol, etanol e água a temperatura ambiente e água a 60ºC. Para mensurar o potencial antifúngico foi utilizada a técnica de poisoned food em meio BDA e o crescimento radial fúngico foi avaliado por seis dias. O percentual de inibição foi avaliado comparando-se as medidas do diâmetro radial de crescimento fúngico dos extratos com as placas controle contendo apenas os solventes. Como controle positivo foi utilizado o óleo essencial de E. staigeriana. Os extratos metanólicos apresentaram o melhor potencial antifúngico, seguido pelos extratos etanólicos e aquosos. A utilização das folhas frescas mostrou-se a melhor forma de preparação e não houve diferença significativa entre os tempos de extração 1h e 24h, indicando como processamento mais viável a extração em 1h. A Concentração Inibitória Mínima (MIC) foi mensurada para o extrato de melhor desempenho pela técnica de micropoços, aonde o crescimento fúngico foi monitorado por fluorescência derivada da reação da esterase fúngica com o diacetado de fluorescina. E o extrato que obteve o melhor resultado foi o extrato metanólico, com 1h de extração, a partir de folhas liofilizadas de E. staigeriana, e sua MIC foi de 26,75 L/mL, enquanto a do seu óleo essencial foi de 12,5 L/mL, demonstrando a eficiência relativa da extração com solventes extratores e sua praticidade e operacionalidade, quando se comparam com a extração de óleos essenciais. / This study aimed to evaluate the antifungal potential of Eucalyptus staigeriana F. Muell. leaf extracts against Aspergillus flavus. The extracts were prepared using fresh, lyophilized, and air-dried leaves, different extraction times, and different solvents, such as methanol, ethanol, water at room temperature, and water at 60ºC. To measure the antifungal potential, the poisoned food technique was used in PDA medium, and the radial growth of the fungus was evaluated for six days. The percentage of inhibition was assessed by comparing the measurements of the radial growth diameter of the fungus in the extracts with the control plates containing only the solvents. The essential oil of E. staigeriana was used as a positive control. The methanolic extracts presented the best antifungal potential, followed by the ethanolic and aqueous extracts. The use of fresh leaves was the best type of preparation and no statistically significant difference between 1-h and 24-h solvent extraction was found, indicating the 1-h extraction process as the most feasible. The extract presenting the best performance using the microwell technique had the minimum inhibitory concentration (MIC) measured, and the fungal growth was monitored by fluorescence derived from the fungal esterase reaction with fluorescein diacetate. The extract that achieved the best result the methanolic extract, with 1-h extraction from lyophilized leaves of E. staigeriana, and the MIC was 26.75 L/mL, while the essential oil was 12.5 L/mL, demonstrating the relative efficiency of the solvent extraction and its practicality and easy implementation when compared with the extraction of essential oils.

Objetivo: Evaluar la eficacia disolvente de una sustancia experimental a base de Aceite esencial de Myrciaria dubia en la desobturación de conductos radiculares. Materiales y métodos: Se utilizaron 60 tubos de PLA (ácido poliláctico)que fueron divididos en 5 grupos de 12 especímenes. Estos se rellenaron con un material de restauración temporal (coltosol) el primer tercio y el tercio medio con gutapercha. Se añadió un total de 0,1 ml de disolvente dependiendo del grupo de estudio (Agua destilada,camu camu, xilol,aceite de cascara de naranja y de eucalipto) a la parte superior de los tubos de PLA. Después de 5 minutos, se utilizó la máquina Instron 5566 (Instron, Buckinghamshire, UK) se movió hacia abajo a través de gutapercha con una velocidad de cabecera de 5 mm / min a una profundidad de 5 mm min. La carga(fuerza) utilizada para penetrar el separador en la profundidad de 5 mm se registró en Newton. Para el análisis se realizará la prueba de kruskal Wallis para comparar la medida fuerza de penetración según el tipo de solvente, posterior a comprobarse los supuestos estadísticos. Resultados: Se encontraron diferencias estadísticamente significativas al comparar todos los solventes (p= 0.001), obteniendo 14.02N para la sustancia experimental. Los resultados de la profundidad de disolución superficial y la fuerza utilizada para penetrar el esparcidor a 5 mm revelaron que el Aceite de Myrciaria Dubia ( Camu Camu) fue significativamente el mejor solvente para ablandar la gutapercha (P <0.05), seguido del xilol y el aceite de cascara de naranja, mientras que el disolvente con menos efectividad fue el aceite de eucalipto. Conclusiones: El aceite esencial de Myrciaria Dubia presento mayor poder reblandecedor que las demás soluciones en estudio. / Objective: To evaluate the solvent efficacy of an experimental substance based on Myrciaria dubia essential oil in the desobturation of root canals. Materials and methods: 60 PLA (polylactic acid) tubes were used, which were divided into 5 groups of 12 specimens. These were filled with a temporary restoration material (coltosol) the first third and the middle third with gutta-percha. A total of 0.1 ml of solvent was added depending on the study group (distilled water, camu camu, xylol, oil of orange peel and eucalyptus) to the top of the PLA tubes. After 5 minutes, the Instron 5566 machine (Instron, Buckinghamshire, UK) was used and moved down through gutta-percha with a head speed of 5 mm / min at a depth of 5 mm min. The load (force) used to penetrate the separator to the depth of 5 mm was recorded in Newton. For the analysis, the kruskal Wallis test will be carried out to compare the penetration force measure according to the type of solvent, after checking the statistical assumptions. Results: Statistically significant differences were found when comparing all solvents (p = 0.001), obtaining 14.02N for the experimental substance. The results of the surface dissolution depth and the force used to penetrate the spreader to 5 mm revealed that Myrciaria Dubia Oil (Camu Camu) was significantly the best solvent to soften gutta-percha (P <0.05), followed by xylol and orange peel oil, while the least effective solvent was eucalyptus oil. Conclusions: The essential oil of Myrciaria Dubia presented greater softening power than the other solutions under study. / Tesis

[pt] A adsorção de moléculas de asfalteno na interface óleo-água induz a formação de uma microestrutura complexa, que estabiliza as emulsões e prejudica a eficiência dos processes de refino de petróleo. Neste trabalho, desenvolvemos um conjunto de novos protocolos de reologia de cisalhamento para avaliar o efeito de solventes polares e apolares na adsorção de genuínos asfaltenos brasileiros. Além disso, a morfologia do asfalteno, após a adição de solventes com aromaticidades distintas, é investigada por microscopia de varredura (MEV). Os resultados indicam que os asfaltenos estão organizados em uma estrutura do tipo ilha com unidades aromáticas e policondensadas, que formam filmes interfaciais reversíveis com a adição de solventes polares. O estudo interfacial também revela que solventes apolares podem "prender" os nanoagregados de asfalteno na mistura. Esses agregados, na presença de solventes fracamente polares, podem se consolidar em um padrão mais compactado, sugerindo que o crescimento do filme e o autoarranjo do asfalteno estão diretamente relacionados ao conteúdo aromático. Explora-se as diferenças na estruturação do asfalteno e como afetam a extensão da emulsificação espontânea. É proposto que a taxa de emulsificação está diretamente relacionada à configuração química dos asfaltenos. Finalmente, estuda-se a adição de ácido esteárico (AE) a soluções de asfalteno em conteúdo de água deionizada (AD) e água sintética (AS) para melhor compreender como as propriedades reológicas e superficiais são afetadas pela competição das coespécies. Verifica-se que interfaces formadas puramente por AEs originam filmes mais viscosos do que elásticos na interface ar-água. A atividade interfacial dos asfaltenos brasileiros é evidente e significativa na presença de eletrólitos e dependente da aromaticidade do solvente. / [en] Adsorption of asphaltene molecules at the oil-water interface induces the formation of a complex microstructure, which stabilizes emulsions and impairs the efficiency of crude oil refining. In this work, we design a set of new shear rheology protocols to assess the effect of polar and non-polar solvents on indigenous Brazilian (BR) asphaltene adsorption. Moreover, the asphaltene morphology upon addition of solvents with distinct aromaticities is investigated by SEM microscopy. Our findings indicate that asphaltenes are a polycondensate aromatic island-type structure that forms reversible films when polar solvents are placed on top of the adsorbed film. The interfacial study also reveals that non-polar solvents may lock up asphaltene nanoaggregates in mixture. These aggregates, upon the presence of weakly polar solvents, can consolidate into a more close-packed pattern, suggesting that network growth and asphaltene self-arrangement are directly related to the aromatic content. We explore the differences in asphaltene structuring and how it affects the extent of spontaneous emulsification. We find that the rate of emulsification is directly related to the chemical configuration of asphaltenes. Finally, we study the addition of stearic acid (SA) to asphaltene solutions in deionized water (DW) and synthetic water (SW) to better understand how surface and rheological properties are affected by competitive adsorption. We find that single SA are more prone to form liquid-like rather than solid-like films at the air-water interface. Furthermore, we show that the interfacial activity of our asphaltenes is enhanced in the presence of electrolytes and is dependent of the solvent aromaticity.

[pt] O objetivo desta pesquisa foi a substituição de técnicas convencionais de extração de amostras para análise hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) em amostras de tecido para um procedimento confiável, rápido e ambientalmente mais sustentáveis. O novo método foi desenvolvido usando um método de extração com solvente pressurizado, avaliando dois materiais de referência padrão (peixe e mexilhão) e amostras de sardinhas fortificadas (Sardinella sp.). Cinco procedimentos de extração diferentes foram avaliados e o melhor desempenho obtido foi pela extração de 1 g de tecido liofilizado em conjunto com 5 g de sílica desativada (5 por cento), mistura de diclorometano: metanol (4: 1 v / v), temperatura de 80 graus C, três ciclos, 10 min de tempo estático e 90 s de tempo de purga. Este método foi ainda validado pela análise de nove réplicas do material de referência número 2974a(Orgânicos em Tecido de Mexilhão Liofilizado) do National Institute of Standard and Technology (NIST), resultando em uma recuperação média de 85 mais ou menos 14 por cento. As médias e as incertezas obtidos para cada HPA foram equivalentes aos do material de referência, corroborando a confiabilidade do método desenvolvido. Um tempo de processamento mais curto, menos uso de solventes e reagentes e menor manipulação do extrato resultou em um método eficaz e alinhado às diretrizes da química verde. / [en] The aim of this research was the replacement of conventional sample extraction techniques for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in tissue samples for a reliable, fast and environmentally more sustainable. The methodwas developed using a pressurized solvent extraction method and assessing two different standard reference materials (fish and mussel) and freeze-dried and fortified sardine samples (Sardinella sp.). Five different extraction procedures were evaluated and the best performance comprised 1 g of lyophilized tissue, 5 g of deactivated (5 percent) silica, a dichloromethane:methanol (4:1 v/v) mixture, a temperature of 80 C degrees, three cycles, 10 min of static time and 90 s of purge time. The method selected following these tests was further validated through the analysis of nine replicates of the National Institute of Standard and Technology (NIST) reference material No. 2974a (Organics in Freeze-Dried Mussel Tissue), resulting in an effective recovery of 85 more or less 14 percent. The means and uncertainties attained for each PAH were equivalent to those of the reference material, corroborating the reliability of the developed method. A shorter processing time, less use of solvents and reagents and lower extract manipulation resulted in an effective method aligned with green-chemistry guidelines.

Nesse trabalho utilizou-se o reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) para produção de ácidos graxos voláteis (AGVs). O reator, com volume total de 2,38 litros, foi preenchido com partículas de argila expandida e alimentado com substrato sintético à base de glicose. Com concentração de glicose de 2000 mg/L, sem adição de alcalinizante e com tempo de detenção hidráulica (TDH) de 2 horas, houve produção de ácidos acético, butírico e propiônico. Com a variação do (TDH) de 2 horas para 0,5 hora, em condições idênticas, houve redução da produção do ácido butírico. Na segunda condição testada, em que a concentração da glicose foi 4000 mg/L, a concentração dos três ácidos aumentou, além de ser produzido o ácido capróico. Nas três últimas experimentações, com a glicose a 2000 mg/L e alcalinizada com bicarbonato de sódio, nas concentrações de 0,1000 e 2000 mg/L e TDH em 0,5 hora, as produções do ácido acético e propiônico aumentaram, enquanto que houve diminuição da produção dos ácidos butírico e capróico. A extração dos AGVs foi realizada em coluna de 320 mL de leito, com resina de troca iônica Dowex Marathon A - tipo aniônica base forte de amina quaternária em gel de divinil benzeno-estireno como matriz. O primeiro sistema extratante testado, foi com a resina condicionada na forma \'CL POT. -\' e a eluição foi feita com solução de \'NA\'\'CL\' em várias concentrações. Os percolados apresentaram alto teor de cloreto, inconveniente para as recuperações dos AGVs ou para o seu descarte no ambiente. O sistema testado com a resina condicionada na forma \'OH POT.-\' e a eluição com solução de \'NA\'\'OH\', em pH 13,5, demonstrou ser viável para a extração e concentração dos AGVs, com os fatores de concentração acima de 25, além de 80% do volume do percolado da fixação ser adequado para a devolução ao ambiente. No último teste o sistema utilizado foi o mesmo, com a alimentação apresentando a relação AVTs : sulfato de 1:1,27 e procurou-se fixar a máxima quantidade de AVTs. A eluição foi com solução de \'NA\'\'OH\' em três diferentes valores de pH: 12, 12,5 e 13. A presença do sulfato, nessa relação, dificultou a fixação dos AVs e, na eluição, competiu com os AVs, resultando em baixos fatores de concentração entre 2 e 3. Um volume de 47% do percolado da fixação e outro, de 29% da eluição, apresentou qualidade para o descarte. Na extração com solvente foram testados dois extratantes, a Alamina 336 (tri-octil/decil amina) e a Alamina 304-1 (tri-n-dodecilamina). O melhor sistema extratante, de solução de AVs impurificada com alto teor de sulfato, foi com a Alamina 336 condicionada com ácido nítrico. Entretanto, o consumo do ácido é alto o suficiente para inviabilizar economicamente a extração. Extração em sistema com baixo teor em sulfato e pH igual a 4,0 demonstrou ser técnicamente viável. Todavia, os valores da DQO residual nos refinados aquosos de todos os sistemas impossibilitam a devolução direta ao ambiente. / This work used the horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor in order to produce volatile fatty acids (VFAs). The reactor, filled up with expanded clay particles, had a total volume of 2,38 liters and was fed with glucose based synthetic substrate. Production of acetic, butyric, and propionic acids occurred at an influent glucose concentration of 2000 mg/L without any addition of buffer agent and at a hydraulic retention time (HRT) of 2 hours. A reduction in butyric acid production occurred with the decrease of the HRT from 2 to 0,5 hours, with the reactor operating in identical conditions. In a second test condition, where the influent glucose concentration was increased to 4000 mg/L, the production of the three acids increased, beside the production of caproic acid. In the last three experiments, with influent glucose concentration at 2000 mg/L and buffered with sodium bicarbonate at concentrations of 0,1000 e 2000 mg/L and HRT of 0,5 hours, the production of acetic and propionic acids increased, whereas the production of butyric and caproic acids decreased. VFA extraction was accomplished in a 320 mL bed containing the ionic exchange resin Dowex Marathon A - strong base anionic type of quaternary amine in gel of benzene-styrene divinyl as matrix. The first extractant system was tested with the resin conditioned as \'C L POT.-\' and the elution was done with a solution of \'NA\'\'CL\' at different concentrations. The percolates presented high chloride concentration, which is inconvenient for the recovery of VFA or their release to the environment. On the other hand, the system with resin conditioned as \'OH POT.-\' and the elution with a solution of \'NA\'\'OH\' at pH 13,5 showed to be a viable option for the extraction and concentration of VFA with concentration factors above 25. In addition, the 80% of the volume of the fixation percolate is suitable for the devolution into the environment. The same system was used in the last test, however with the feeding at total volatile acids (TVA): sulfate ratios of 1:1,27 trying to fix the maximal amount of TVAs. The elution was done with \'NA\'\'OH\' at three different pH values: 12, 12,5 and 13. The presence of sulfate at this ration hampered the fixation of the volatile acids (VA) and during the elution competed with the VA, resulting in low concentration factors between 2 and 3. The volume of 47% of the fixation percolate and the volume of 29% of the elution presented good quality for discharge. Two extractants were tested in the extraction tests with solvents: Alamine 336 (tri-octyl/decyl amine) and the Alamine 304-1 (tri-n-dodecylamine). The best extractant system for the VA contaminated with high concentrations of sulfate was the Alamine 336 conditioned with nitric acid. The consumption of acid, however, was high enough to make the extraction economically unfeasible. On the other hand, extractions in systems with low sulfate concentrations and pH of 4 showed to be technically feasible, even though the residual chemical oxygen demand (COD) in the aqueous refined of all systems was too high for their direct devolution to the environment.

Este trabalho visou compreensão da solvatação em solventes puros e misturas binárias, e aplicar as informações obtidas para analisar o efeito de solventes na síntese de líquido iônico, e na dependência das propriedades de filmes de acetatos de celulose, AC, sobre o grau de substituição do éster. Para a compreensão da solvatação utilizou-se compostos (sondas solvatocrômicas) cujos espectros Uv-Vis são sensíveis às propriedades do meio. Juntamente com tais sondas, foram usadas outras duas ferramentas: (i) Modelo de solvatação preferencial; proposto por nosso grupo e que descreve a composição da camada de solvatação da sonda, considerando a existência de um \"agregado\" água - solvente orgânico. (ii)Correlações multi-paramêtricas de energia livre de solvatação; que correlacionam uma propriedade dependente do meio com as propriedades dos solventes e suas misturas. Primeiramente, estudamos a solvatação de pares de sondas que possuíam pKas semelhantes e lipofilicidades diferentes em solventes próticos. Concluiu-se que a acidez e a dipolaridade/polarizabilidade dos solventes são as propriedades mais importantes. As conclusões foram corroboradas por cálculos teóricos, que mostraram a relação entre as características estruturais da sonda e suas susceptibilidades às propriedades do meio. O mesmo conjunto de sondas foi usado no estudo de misturas água-solventes próticos. Neste, aplicou-se com sucesso o modelo de solvatação acima mencionado e, de forma inédita, conseguimos racionalizar as constantes de equilíbrio para a troca das espécies presentes (água, solvente e água-solvente) na camada de solvatação com as propriedades dos solventes puros e/ou das misturas binárias. Os resultados revelaram que a composição da camada de solvatação é regida pelas propriedades de solventes, em particular a lipofilicidade e basicidade. As sondas RB e WB foram estudadas em misturas de água com alcoóis e com solventes apróticos. O intuito era ampliar a aplicabilidade do modelo de solvatação, para o qual precisávamos conhecer o volume molar do agregado, VSolv-A, e a constante de dissociação, Kdissoc, do agregado água-solvente. Estas duas grandezas eram obtidas de forma simultânea, através de dados de densidade. Desta vez, fizemos uso de cálculos teóricos para obter, de forma independente, o volume molar e depois utilizá-lo, como parâmetro constante (não ajustável) na cálculo de Kdissoc. A comparação dos resultados mostrou que, por ambas as abordagens, o desvio entre os valores de Kdissoc era mínimo. Por outro lado, em nenhum caso a ordem de Kdissoc se alterava. Esta observação deve-se ao fato de que o cálculo simultâneo de Kdissoc e VSolv-A foi sempre baseado em número grande de dados de densidade (18) de forma que os ajustes por interação não convergissem para um falso mínimo; o nível de teoria usado nos cálculos teóricos foi adequado. Quanto às aplicações, ficou evidente como a escolha do solvente afeta a velocidade da síntese do líquido iônico. Em relação aos filmes de AC, tentamos reproduzir as propriedades dos mesmos, através de uso de dois modelos etanol-acetato de etila e celulose-triacetato de celulose. Os dados da mistura líquida mostraram solvatação preferencial; foram tratados com sucesso pelo mesmo modelo aplicado para misturas binárias aquosas. O modelo sólido reproduziu os dados da AC qualitativamente. / This work is aimed at understanding solvation in pure solvents and binary mixtures and, the application of the information obtained in order to analyze the solvents effects on the synthesis of an ionic liquid, and on the dependence of the properties of cellulose acetate films, CA, on the degree of substitution of the ester. To understand salvation, was have used compounds (solvatchromic probes), whose UV-vis spectra are susceptible to the environment properties. In addition to these probes, were used more two tools: (i) Preferential solvation model; it was proposed by our research group and describes the composition of the probe solvation shell, considering the existence of an aggregate between water and organic solvent. (ii) Multi-parameter solvation free energy equations that correlate the solvent dependent properties with solvents properties and their mixtures. At first, we have studied pairs of probes that have similar pKa values and different lipophilicity in protic solvents. We have concluded that solvent acidity and dipolarity/polarizability are the most important properties. These conclusions are supported by theoretical calculations, that have shown the relationship between structural features of the probe and its susceptibility to environment properties. The same set of probes was used in order to study water - protic solvents mixtures. In this, we have applied the above cited solvation model successfully and rationalized the equilibrium constants of the exchange of species present (water, solvent and water -solvent) in the solvation shell with the properties of pure solvents and / or binary mixtures. These results revealed that the composition of solvation shell is controlled by the properties of solvents, in special, lipophilicity and basicity. The probes RB and WB were studied in mixtures of water with alcohols and with aprotic solvents. The intention was to broaden the applicability of the solvation model, for which, we needed to know the molar volume of the aggregate VSolv-W, and the dissociation constant, Kdissoc, of the same. Previously, these two quantities were obtained, simultaneously, by iteration of density data. We have used theoretical calculations in order to obtain VSolv-W and then use it as constant parameter (not adjustable one) in the calculation of Kdissoc. Comparison of the results showed that, in both approaches, the differences between Kdissoc values were minimal. Moreover, the order of Kdissoc has not changed. This observation is due to the fact that the simultaneous calculation of Kdissoc and VSolv-W was always based on a large number of density data (18) so that the interation did not converge to a false minimum; the level of theory used in the theoretic calculations was appropriate. Regarding applications, our results showed the importance of the choice of solvent to the synthesis of an ionic liquid. We have attempted to reproduce the properties of CA by the use of two models, ethanol-ethyl acetate and cellulose triacetate-cellulose. The data of the liquid mixture showed preferential solvation; were successfully treated by the same model applied to aqueous binary mixtures. The solid model reproduces the CA data qualitatively.

Ressonância magnética nuclear é particularmente útil na caracterização de síntese molecular. Quase todos os compostos moleculares de interesse contêm átomos de nitrogênio e oxigênio em sua estrutura. Como esses elementos químicos costumam desempenhar funções estratégicas em reações e interações intra e intermoleculares, seus espectros NMR têm particular interesse. Com foco na blindagem magnética nuclear e no acoplamento entre spins nucleares, investigamos a dependência dessas constantes magnéticas com relação ao meio. A polarização eletrônica e relaxação geométrica do soluto, devido à presença do solvente, foram sistematicamente consideradas utilizando um tratamento sequencial QM/MM. Nossas observações gerais mostram que efeitos de relaxação de geometria mediados pelo meio têm pouca influência sobre o mecanismo da blindagem magnética nuclear, pelo menos quanto aos sistemas aqui investigados. Em contrapartida, os efeitos da polarização eletrônica são cruciais sobre essa propriedade molecular. Para o nitrogênio em piridina, amônia e formamida, por exemplo, as contribuições isoladas provenientes da relaxação geométrica são da ordem de 1,2 ppm. Note-se que este efeito é muito pequeno se considerarmos que com frequência são observados desvios gás-líquido da ordem de -26 ppm para o nitrogênio. Sobre o oxigênio, esses efeitos podem chegar até 100 ppm. Assim, é crucial entender as origens desses efeitos se desejamos utilizar corretamente espectroscopia RMN em caracterização molecular. Relevantes contribuições para a blindagem magnética têm origens em interações específicas entre soluto e solvente, como ligações de hidrogênio, as quais apenas podem ser isoladas e quantificadas através de modelagem molecular. Sistematicamente constatamos que a blindagem magnética é drasticamente afetada pelo caráter doador ou aceitador do sítio atômico envolvido em ligações de hidrogênio. Com respeito ao nitrogênio, nossos resultados indicam que o comportamento aceitador de hidrogênio de um elemento é responsável por um desvio gás-líquido positivo, enquanto que o caráter doador causa um desvio negativo. Nossas investigações também mostram que a blindagem magnética nuclear é independente com relação à hibridização do nitrogênio e oxigênio, indicando que as contribuições principais têm origens em interações específicas soluto-solvente, as quais devem ser corretamente modeladas. Investigamos sistematicamente os efeitos do solvente sobre o acoplamento indireto entre spins nucleares em amônia líquida. Embora a polarização do soluto seja realmente importante, para essa propriedade há outras contribuições fundamentais. Sem considerar efeitos de geometria, calculamos o acoplamento ANTPOT. 1 J(N-H) como -67,8 Hz. Após incluir esses efeitos, conseguimos uma descrição teórica mais apurada, obtendo um acoplamento de -63,9 Hz. Esses resultados mostram que efeitos de relaxação geométrica mediado pelo meio têm grande influência sobre o acoplamento indireto entre spins nucleares. / Nuclear magnetic resonance is helpful on molecular characterization. Most organic molecular compounds of interest contain nitrogen or oxygen atoms which play strategic functions in chemical reactions and molecular interactions. The NMR technique provides local atomic scale information on molecular properties, thus the study of nuclear magnetic properties of these elements in molecules is of particular interest. Focusing on nuclear magnetic shielding and spin-spin coupling constants we investigated the dependence of these magnetic constants with respect to the medium. Electronic polarization and geometry relaxation effects due to solvent were systematically studied. Our general findings indicate that geometry contributions are negligible in understanding the variation of shielding constants of the investigated systems, but polarization effects are crucial for this molecular property. On nitrogen in pyridine, ammonia and formamide, for instance, isolated contributions from geometry relaxation to shielding constants are around 1,2 ppm. Nitrogen shielding constants are very sensitive to the medium, where solvent effects around -26 ppm are often observed. On oxygen-17 magnetic shielding, the solvent effects can easily reach 100 ppm. It is crucial to understand the origins of these effects if one desires to correctly use NMR spectroscopy for molecular characterization. Our investigations also show that magnetic shielding constants are totally independent of the nitrogen or oxygen hybridization, which indicated that the main contributions arise from solute-solvent interactions. Relevant contributions to shielding constants come from specific solute-solvent interactions like hydrogen-bonds, which can only be quantified by explicit molecular modeling, and we observed that this property has a very strong dependence on the donor or acceptor character of the atomic site involved in hydrogen-bonding interactions. On nitrogen, the acceptor behavior is responsible by the positive gas-liquid shift in shielding constants, while the donor character causes positive shift. We systematically investigated the solvent effects on indirect spin-spin coupling constants of liquid ammonia. Solute polarization is very important, but there are other fundamental contributions to this property. Without including geometry effects we calculated the 1J (N-H) coupling to be -67,8 Hz. After accounting for the solute geometry relaxation we improved the theoretical prediction obtaining the coupling constant value of -63,9 Hz. These results show that geometry relaxation has drastic influence on indirect spin-spin coupling constants.

As most of spectroscopic measurements occur in solution, the solvent effect in the spectral properties of molecular systems is of great scientific interest. In particular, when the formation of hydrogen bond between the solute and solvent molecules occurs, the traditional effective dielectric solvent models provides inadequate results in some situations of interest. This is the case of diazines in aqueous solution. In this work, we study the solvent effects on the low-lying n=>π* absorption transition and on the 15N chemical shielding of diazines in water using the combination of Monte Carlo simulations and Quantum Mechanical calculations. As the classical simulations and the Quantum Mechanical calculations are uncoupled, a special attention is devoted to the solute polarization. Firstly, this is included by a previously developed iterative procedure where the solute is electrostatically equilibrated with the solvent. In addition, we verify the simple yet unexplored alternative of combining the polarizable continuum model (PCM) and the hybrid QM/MM method. In this procedure, we use PCM to obtain the average solute polarization and include this in the MM part of the sequential QM/MM methodology, PCM-MM/QM. These procedures are compared and further used in discrete and explicit solvent models. As the solute geometry is unchanged during all process, we study the influence of small differences on the molecular conformation in the spectroscopic properties using as prototype some recently sintetized quinone based molecules with antitrypanocidal activity. This study showed that small changes in the molecular conformation provide a small impact in the studied spectroscopic properties. The two implemented procedures in this work were systematically performed for each diazine and they were used in discrete and explicit solvent models for the calculations of the spectroscopic properties of each diazine in water as solvent. The results show good agreement between the values obtained by the two polarization methods. Considering the simplicity of the PCM over the iterative polarization method, this is na important aspect and the computational savings point to the possibility of dealing with larger solute molecules. This PCM-MM/QM approach conciliates the simplicity of the PCM model with the reliability of the combined QM/MM approaches. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O efeito de solvente nas propriedades espectrais de sistemas moleculares é de grande interesse científico uma vez que grande parte das medidas espectroscópicas são realizadas na presença de um meio solvente. Métodos tradicionais que consideram o solvente como um meio dielétrico efetivo oferecem resultados insatisfatórios em algumas situações de interesse, em particular quando há a formação de ligações de hidrogênio entre o soluto e o solvente. Este é o caso de soluções aquosas de diazinas, que são as moléculas básicas para a formação dos ácidos nucleicos. Neste trabalho estudamos o efeito do solvente na energia de absorção da primeira transição n =>π* e a blindagem magnética nuclear do 15N das diazinas em água utilizando a combinação de simulações Monte Carlo e cálculos de Mecânica Quântica. No método utilizado neste trabalho, as simulações clássicas são desacopladas dos cálculos quânticos. Portanto, foi dada uma atenção especial à polarização do soluto que foi incluída de duas maneiras distintas. Inicialmente, a polarização é obtida utilizando um procedimento iterativo onde o soluto é submetido ao equilíbrio eletrostático com o solvente. Adicionalmente, é utilizada uma abordagem simples onde realizamos uma combinação entre o modelo contínuo (PCM) e os métodos híbridos QM/MM. Nesse último procedimento, que denominamos como PCM-MM/QM, nós utilizamos o método PCM para obter a polarização média do soluto, a qual é incluída na parte clássica do método sequencial QM/MM. Como a geometria do soluto é mantida inalterada durante todo o processo, nós realizamos um estudo do efeito da conformação molecular nas propriedades espectroscópicas, utilizando como protótipo moléculas recentemente sintetizadas derivadas de quinonas que apresentam atividade antimalárica. Este estudo mostra que pequenas variações na conformação molecular têm um pequeno impacto nas propriedades espectroscópicas estudadas. Os dois procedimentos implementados neste trabalho foram realizados de maneira sistemática para cada diazina e utilizados nos modelos discreto e explícito de solvente para os cálculos das propriedades espectroscópicas de cada diazina em água. Os resultados obtidos mostram uma boa concordância entre os valores obtidos através dos dois métodos de polarização. Considerando a simplicidade da polarização PCM se comparado com o processo iterativo, o método PCM-MM/QM abre a possibilidade de tratar sistemas compostos por moléculas do soluto maiores. Além disso, o método PCM-MM/QM concilia a simplicidade do modelo PCM com a confiabilidade dos métodos híbridos QM/MM.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LenitaSLF.pdf: 2627101 bytes, checksum: 55e09659bccdbe036d1c49a7fea4b6ca (MD5) Previous issue date: 2009-09-03 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / The treatment of wastewaters contaminated with oil is of great practical interest and it is fundamental in environmental issues. A relevant process, which has been studied on continuous treatment of contaminated water with oil, is the equipment denominated MDIF? (a mixer-settler based on phase inversion). An important variable during the operation of MDIF? is the water-solvent interface level in the separation section. The control of this level is essential both to avoid the dragging of the solvent during the water removal and improve the extraction efficiency of the oil by the solvent. The measurement of oil-water interface level (in line) is still a hard task. There are few sensors able to measure oil-water interface level in a reliable way. In the case of lab scale systems, there are no interface sensors with compatible dimensions. The objective of this work was to implement a level control system to the organic solvent/water interface level on the equipment MDIF?. The detection of the interface level is based on the acquisition and treatment of images obtained dynamically through a standard camera (webcam). The control strategy was developed to operate in feedback mode, where the level measure obtained by image detection is compared to the desired level and an action is taken on a control valve according to an implemented PID law. A control and data acquisition program was developed in Fortran to accomplish the following tasks: image acquisition; water-solvent interface identification; to perform decisions and send control signals; and to record data in files. Some experimental runs in open-loop were carried out using the MDIF? and random pulse disturbances were applied on the input variable (water outlet flow). The responses of interface level permitted the process identification by transfer models. From these models, the parameters for a PID controller were tuned by direct synthesis and tests in closed-loop were performed. Preliminary results for the feedback loop demonstrated that the sensor and the control strategy developed in this work were suitable for the control of organic solvent-water interface level / O tratamento de ?guas residuais contaminadas com ?leo ? um assunto de grande interesse pr?tico, principalmente no que se refere ?s quest?es ambientais. Um processo bastante relevante que vem sendo estudado no tratamento semi-cont?nuo de ?guas contaminadas com ?leo ? o Misturador-Decantador ? Invers?o de Fases (MDIF?). Uma vari?vel importante na opera??o do sistema MDIF? ? o n?vel da interface solvente org?nico/?gua na se??o de separa??o. O controle deste n?vel ? essencial tanto para evitar o arraste de solvente pela ?gua como para melhorar a efici?ncia de remo??o do ?leo pelo solvente. A despeito disso, a medida (em linha) da interface de separa??o ainda constitui uma tarefa dif?cil e s?o poucos os sensores capazes de medir tal interface. No caso de sistemas em escala de bancada, n?o h? sensores de interface com dimens?es compat?veis. O presente trabalho teve como objetivo implementar um sistema de controle de n?vel para a interface de separa??o (solvente org?nico/?gua) no equipamento MDIF?. A medida de n?vel da interface ? baseada na aquisi??o e tratamento de imagens obtidas dinamicamente por uma c?mera (webcam). A estrat?gia de controle foi desen olvida para operar em modo feedback, onde a medida de n?vel obtida pelo sensor de imagem ? comparada ao n?vel desejado e a a??o de controle ? tomada sobre uma v?lvula, seguindo uma lei do tipo PID. Um programa de aquisi??o de dados e controle foi desenvolvido em Fortran para realizar as seguintes tarefas: aquisi??o de imagem, identifica??o da interface solvente org?nico/?gua, tomada de decis?es, envio dos sinais de controle e registro de dados em arquivo. Alguns experimentos em malha aberta foram realizados, onde perturba??es aleat?rias tipo pulso foram aplicadas na vari?vel de entrada (vaz?o de sa?da de ?gua). As respostas do n?vel de interface permitiram a identifica??o do processo atrav?s de modelos de fun??o de transfer?ncia. A partir destes modelos, os par?metros para o controlador PID foram sintonizados por s?ntese direta e testes em malha fechada foram realizados. Os resultados preliminares da malha feedback demonstraram que o sensor e a estrat?gia de controle desenvolvidos neste trabalho foram satisfat?rios para controlar o n?vel da interface solvente org?nico/?gua