Processos de transferência de H+ de fotoácidos como piranina (POH) em vidros de SiO2, foram atribuídos à presença de água residual no gel. Nestes experimentos, o efeito devido à espécie básica do tampão (HPO4=), todavia não foi investigada. O entendimento de como as reações prototrópicas são mediadas no meio sólido e como a atividade do par ácido - base de Brönsted participa na transferência é o objetivo deste presente estudo. Questões como: o H+ difunde livremente através do gel? A espécie do tampão interage diretamente com o doador de H+, ou água é necessário para intermediar a transferência? Existe um teor limiar de água? Aqui são discutidas. A transferência de H+ da POH foi estudada em monólitos derivados da hidrólise ácida do TEOS contendo diferentes concentrações de tampão fosfato (condições iniciais Si: H2O 1: 16,5). A extensão da transferência de H+ é determinada pelo monitoramento da intensidade de fluorescência devido à base excitada (% PO-*) uma vez que a emissão surge da reação de transferência de H+. Nestes experimentos, géis foram preparados na ausência e presença de tampão fosfato. Até ~ 12 dias, um aumento na transferência de H+ é observada para todas as condições. É também verificado que o aumento na concentração de tampão é paralelo à extensão da reação. Em tempos muito curtos, a atividade da transferência de H+ relativamente baixa é devido à presença de ETOH (hidrólise do TEOS), o qual assim que o sistema envelhece é lixiviado junto com a água do gel. Depois deste envelhecimento inicial, aqueles géis contendo altas concentrações de tampão (50 e 250 mM) mostram uma atividade constante e os demais géis mostram uma queda na transferência de H+. No final do estágio, ~ 50 dias, os géis perderam aproximadamente 80% de sua massa, mas no gel final ainda existe quantia de água residual Si: H2O 1: 7. Com o intuito de explorar a atividade do tampão, misturas secas de KH2PO4 e K2HPO4 na proporção de pHaparente = 6,0 foram trituradas e secas e a fotoacidez do 2 - naftol (NOH) foi investigada. Claramente a baixo teor de água nenhuma reação é observada e somente a emissão devido a NOH* aparece (yem. = 345 nm), adição passo a passo de H2O é seguida pelo aumento na emissão a 413 nm, devido à forma básica (NO-*). Nesta condição, a concentração de água limiar é Xw = 0,44. Por outro lado, para o POH o limite de água para a transferência de H+ é Xw = 0,13. POH e NOH têm pKa no estado excitado (pKa*) de 0,5 e 3,0, respectivamente. Neste estudo, a atividade dos fotoácidos em meio sólido mostra ser dependente do pKa*, da concentração da espécie básica e do teor de água limiar. / H+ transfer processes in SiO2 glasses, from photoacids as piranine (POH), were assigned to the presence of residual water in the gel. In these experiments the effects due to the buffer basic species (HPO4=) were however not investigated. The understanding on how prototropic reactions are mediated in solid media and how the activity of Brönsted acid and base pairs participates in the transfer is the subject of the present study. Questions as: Does the H+ diffuse freely through the gel? Do the buffer species interacts directly with the H+ donors, or water is needed to intermediate the transfer? Is there a threshold in the water content? are here discussed. H+ transfer from POH was studied in monoliths derived from the acid hydrolysis of TEOS having varying concentrations of phosphate buffer (initial conditions Si : H2O 1:16.5). The extent of H+ transfer is determined by monitoring the fluorescence intensity due to the excited base (%PO-*) once this emission arises from the H+ transfer reaction. In these experiments gels were prepared in the absence and presence of phosphate buffer. Up to ~ 12 days an increase in H+ transfer is observed for all conditions. It is also found the increase in buffer concentration parallels the extent of reaction. At very short time the relatively low H+ transfer activity is due to the presence of ETOH (hydrolysis of TEOS), which as the systems age are lixiviated together with water from the gel. After this initial aging, those gels having high buffer concentrations (50 and 250 mM) show a leveled activity, the other gels show a decrease in H+ transfer. At the final stages ~ 50 days the gels lost around 80% of its mass, but in the final gel residual water still amounts to Si:H2O 1:7. In order to further exploit the buffer activity, \"dry\" mixtures of KH2PO4 and K2HPO4 in proportions to pHapp = 6.0 were grinded and dried and the photoacidity of 2-naphtol (NOH) were investigated. Clearly at low water contents no reaction is observed and only the emission due to the NOH* appears (yem = 345 nm), addition step by step of H2O is followed by an increase in the emission at 413 nm, due to the basic form (NO-*). In this situation the threshold water concentration is around Xw = 0.44. By other hand for POH the threshold water for H+ transfer is Xw = 0.13. POH and NOH have excited state pKa\'s (pKa*) of 0.5 and 3.0, respectively. In this study the activity of photoacids in solid media is shown to be dependent on pKa*, on the concentration of basic species and of a threshold water content.

Processos de transferência de H+ de fotoácidos como piranina (POH) em vidros de SiO2, foram atribuídos à presença de água residual no gel. Nestes experimentos, o efeito devido à espécie básica do tampão (HPO4=), todavia não foi investigada. O entendimento de como as reações prototrópicas são mediadas no meio sólido e como a atividade do par ácido - base de Brönsted participa na transferência é o objetivo deste presente estudo. Questões como: o H+ difunde livremente através do gel? A espécie do tampão interage diretamente com o doador de H+, ou água é necessário para intermediar a transferência? Existe um teor limiar de água? Aqui são discutidas. A transferência de H+ da POH foi estudada em monólitos derivados da hidrólise ácida do TEOS contendo diferentes concentrações de tampão fosfato (condições iniciais Si: H2O 1: 16,5). A extensão da transferência de H+ é determinada pelo monitoramento da intensidade de fluorescência devido à base excitada (% PO-*) uma vez que a emissão surge da reação de transferência de H+. Nestes experimentos, géis foram preparados na ausência e presença de tampão fosfato. Até ~ 12 dias, um aumento na transferência de H+ é observada para todas as condições. É também verificado que o aumento na concentração de tampão é paralelo à extensão da reação. Em tempos muito curtos, a atividade da transferência de H+ relativamente baixa é devido à presença de ETOH (hidrólise do TEOS), o qual assim que o sistema envelhece é lixiviado junto com a água do gel. Depois deste envelhecimento inicial, aqueles géis contendo altas concentrações de tampão (50 e 250 mM) mostram uma atividade constante e os demais géis mostram uma queda na transferência de H+. No final do estágio, ~ 50 dias, os géis perderam aproximadamente 80% de sua massa, mas no gel final ainda existe quantia de água residual Si: H2O 1: 7. Com o intuito de explorar a atividade do tampão, misturas secas de KH2PO4 e K2HPO4 na proporção de pHaparente = 6,0 foram trituradas e secas e a fotoacidez do 2 - naftol (NOH) foi investigada. Claramente a baixo teor de água nenhuma reação é observada e somente a emissão devido a NOH* aparece (yem. = 345 nm), adição passo a passo de H2O é seguida pelo aumento na emissão a 413 nm, devido à forma básica (NO-*). Nesta condição, a concentração de água limiar é Xw = 0,44. Por outro lado, para o POH o limite de água para a transferência de H+ é Xw = 0,13. POH e NOH têm pKa no estado excitado (pKa*) de 0,5 e 3,0, respectivamente. Neste estudo, a atividade dos fotoácidos em meio sólido mostra ser dependente do pKa*, da concentração da espécie básica e do teor de água limiar. / H+ transfer processes in SiO2 glasses, from photoacids as piranine (POH), were assigned to the presence of residual water in the gel. In these experiments the effects due to the buffer basic species (HPO4=) were however not investigated. The understanding on how prototropic reactions are mediated in solid media and how the activity of Brönsted acid and base pairs participates in the transfer is the subject of the present study. Questions as: Does the H+ diffuse freely through the gel? Do the buffer species interacts directly with the H+ donors, or water is needed to intermediate the transfer? Is there a threshold in the water content? are here discussed. H+ transfer from POH was studied in monoliths derived from the acid hydrolysis of TEOS having varying concentrations of phosphate buffer (initial conditions Si : H2O 1:16.5). The extent of H+ transfer is determined by monitoring the fluorescence intensity due to the excited base (%PO-*) once this emission arises from the H+ transfer reaction. In these experiments gels were prepared in the absence and presence of phosphate buffer. Up to ~ 12 days an increase in H+ transfer is observed for all conditions. It is also found the increase in buffer concentration parallels the extent of reaction. At very short time the relatively low H+ transfer activity is due to the presence of ETOH (hydrolysis of TEOS), which as the systems age are lixiviated together with water from the gel. After this initial aging, those gels having high buffer concentrations (50 and 250 mM) show a leveled activity, the other gels show a decrease in H+ transfer. At the final stages ~ 50 days the gels lost around 80% of its mass, but in the final gel residual water still amounts to Si:H2O 1:7. In order to further exploit the buffer activity, \"dry\" mixtures of KH2PO4 and K2HPO4 in proportions to pHapp = 6.0 were grinded and dried and the photoacidity of 2-naphtol (NOH) were investigated. Clearly at low water contents no reaction is observed and only the emission due to the NOH* appears (yem = 345 nm), addition step by step of H2O is followed by an increase in the emission at 413 nm, due to the basic form (NO-*). In this situation the threshold water concentration is around Xw = 0.44. By other hand for POH the threshold water for H+ transfer is Xw = 0.13. POH and NOH have excited state pKa\'s (pKa*) of 0.5 and 3.0, respectively. In this study the activity of photoacids in solid media is shown to be dependent on pKa*, on the concentration of basic species and of a threshold water content.

As antocianinas compreendem o maior conjunto de pigmentos solúveis em água do reino vegetal. A absorção da luz por estes compostos, responsáveis pelas cores vermelha, azul e roxa da maioria das frutas e flores, é produto de combinações de vários fatores, como o número de substituintes, a presença ou não de outras moléculas capazes de estabilizar a cor (“co-pigmentos"), o pH local do meio e a natureza do microambiente em que a antocianina se encontra. A reatividade química e fotoquímica das antocianinas já é relativamente complexa em solução aquosa na ausência de micelas, onde cada um dos processos químicos e fotoquímicos ocorre numa faixa de tempo distinta. Uma forma de se diminuir o número de espécies em solução é o emprego de antocianinas sintéticas com estruturas simplificadas, conhecidas como sais de flavílio, cuja variação no número, posição e tipo químico de substituinte permite um certo controle sobre as frações molares das espécies. Neste estudo procurou-se compreender os processos que regem o equilíbrio ácido-base e a hidratação do cátion flavílio em ambiente micelar. Estes dois processos exercem um papel central na estabilização da cor em antocianinas. Foram utilizados três sais de flavílio: o 4-carboxi-7-hidroxi-4\'-metoxiflavílio (CHMF), o 2-fenilbenzopirílio e o 4\'-metoxiflavílio. Os dois grupos ionizáveis do CHMF possuem pKas distintos (pKa1 = 0,73; pKa2 = 4,84), cujas dinâmicas de protonação/desprotonação são influenciadas pelas micelas de SDS de modos diferentes. O cátion é estabilizado preferencialmente pelas micelas aniônicas em relação ao zwitterion (pKa1SDS = 2,77), que por sua vez é mais favorecido que a base quinonoidal (pKa2SDS = 5,64). A estabilização do cátion está relacionada com as fortes interações eletrostáticas entre a espécie e a micela carregada negativamente. A base quinonoidal, que no caso específico do CHMF tem carga negativa, é desfavorecida em relação ao zwitterion. Adicionalmente, em SDS praticamente não se observa hidrólise da espécie zwitteriônica. Com relação ao 2-fenilbenzopirílio (pKw = 3,01) e o 4\'-metoxiflavílio (pKw = 4,47), a primeira observação feita é que a inclusão do grupo metoxi na posição C4\' estabiliza o cátion flavílio, diminuindo a extensão da hidrólise por meio de transferência de carga para o anel central. O efeito de estabilização do cátion pelo ambiente micelar, verificado pelo aumento do pKw, é mais pronunciado no 2-fenilbenzopirílio (pKwSDS = 4,73) do que no 4\'-metoxiflavílio (pKwSDS = 5,05). Os processos cinéticos mostram que a reação de hidratação (kw) do flavílio sem substituintes diminui 65 vezes em SDS, enquanto que a reação no sentido inverso se mantém dentro da mesma ordem de magnitude. Já no caso do 4\'-metoxiflavílio, foi verificado que ambas as constantes de velocidade aumentam, mas a constante de desidratação do hemicetal (k-w), que depende da concentração de prótons, é a mais afetada, aumentando cerca de 15 vezes. Este fato é um indicativo de que o pH na interface micelar é o fator de estabilização do cátion do 4\'-metoxiflavílio. Adicionalmente foram feitos cálculos computacionais de transições eletrônicas, pKa e potenciais de redução em nível ab initio para um conjunto cátions flavílios e respectivas bases quinonoidais. Os valores de pKa calculados apresentaram um desvio médio de +/- 0,5 unidade de pKa. / Anthocyanins comprise the major water-soluble pigment group in the Plant Kingdom. Light absorption by these compounds is responsible for the diverse colors in many flowers and fruits and can be modulated by phenomena such as self-association of flavylium cations or anhydrobases, copigmentation with other polyphenols and flavonoids, complexation with metal ions, incorporation of anthocyanins into microaggregates like micelles and the pH of the medium. The chemical and photochemical reactivity of anthocyanins is quite complex in aqueous solution and each process occurs in a different time range. The use of structurally simplified synthetic flavylium salts permits a certain control over the mole fractions of the various species in solution. In this study we used the synthetic flavylium ions 4-carboxy-7-hydroxy-4\'-methoxyflavylium (CHMF), 2-phenylbenzopyrylium and 4´-methoxyflavylium to investigate the main processes that influence the acid-base equilibrium and hydration of the flavylium cation in micellar environments. Such reactions play a central role in color stabilization of anthocyanins. CHMF has two ionizable groups with distinct pKas (pKa1 = 0,73; pKa2 = 4,84), and the protonation/deprotonation dynamics of these groups are affected differently by SDS micelles. The results show that SDS micelles stabilize the cationic form rather than the zwitterion (pKa1SDS = 2,77), which is favored relative to the quinonoidal base (pKa2SDS = 5,64). The preferential stabilization of the cation is related to electrostatic interactions of this form with the anionic micelle. The quinonoidal base, which in the specific case of CHMF is an anion, is disfavored relative to the zwitterion. In addition, the hydrolysis of the zwitterionic form is substantially reduced in micellar SDS solutions. The comparison of 2-phenylbenzopyrylium (pKw = 3,01) and 4´-methoxyflavylium (pKw = 4,47) shows that the methoxy group at the C4´ position stabilizes the cationic form, reducing the hydration by charge transfer to the central ring. The stabilization of the cationic form by the micellar environment, which is reflected in the increase of the pKw, is more pronounced for the 2-phenylbenzopyrylium cation (pKwSDS = 4,73) than for 4´-methoxyflavylium (pKwSDS = 5,05). Kinetic studies of the 2-phenylbenzopyrylium ion in SDS indicate a 65-fold reduction in the hydration rate constant (kw), while the inverse reaction has the same magnitude as in water. In the case of the 4´-methoxyflavylium ion, both rate constants associated with the equilibrium between the flavylium cation and hemicetal increased. However, the [H+]-dependent rate constant for dehydration of the hemicetal is affected to a greater extent, increasing about 15 fold, indicating stabilization of the 4\'-methoxyflavylium cation by the micellar interface. Finally, computational calculations were performed at the ab initio level for several flavylium cations and anhydrobases to estimate the electronic transitions, pKa and reduction potentials. The quality of the calculated pKa results were compared with experimental data and the mean absolute deviation is +/- 0.5 pKa unit.

As antocianinas compreendem o maior conjunto de pigmentos solúveis em água do reino vegetal. A absorção da luz por estes compostos, responsáveis pelas cores vermelha, azul e roxa da maioria das frutas e flores, é produto de combinações de vários fatores, como o número de substituintes, a presença ou não de outras moléculas capazes de estabilizar a cor (“co-pigmentos”), o pH local do meio e a natureza do microambiente em que a antocianina se encontra. A reatividade química e fotoquímica das antocianinas já é relativamente complexa em solução aquosa na ausência de micelas, onde cada um dos processos químicos e fotoquímicos ocorre numa faixa de tempo distinta. Uma forma de se diminuir o número de espécies em solução é o emprego de antocianinas sintéticas com estruturas simplificadas, conhecidas como sais de flavílio, cuja variação no número, posição e tipo químico de substituinte permite um certo controle sobre as frações molares das espécies. Neste estudo procurou-se compreender os processos que regem o equilíbrio ácido-base e a hidratação do cátion flavílio em ambiente micelar. Estes dois processos exercem um papel central na estabilização da cor em antocianinas. Foram utilizados três sais de flavílio: o 4-carboxi-7-hidroxi-4\'-metoxiflavílio (CHMF), o 2-fenilbenzopirílio e o 4\'-metoxiflavílio. Os dois grupos ionizáveis do CHMF possuem pKas distintos (pKa1 = 0,73; pKa2 = 4,84), cujas dinâmicas de protonação/desprotonação são influenciadas pelas micelas de SDS de modos diferentes. O cátion é estabilizado preferencialmente pelas micelas aniônicas em relação ao zwitterion (pKa1SDS = 2,77), que por sua vez é mais favorecido que a base quinonoidal (pKa2SDS = 5,64). A estabilização do cátion está relacionada com as fortes interações eletrostáticas entre a espécie e a micela carregada negativamente. A base quinonoidal, que no caso específico do CHMF tem carga negativa, é desfavorecida em relação ao zwitterion. Adicionalmente, em SDS praticamente não se observa hidrólise da espécie zwitteriônica. Com relação ao 2-fenilbenzopirílio (pKw = 3,01) e o 4\'-metoxiflavílio (pKw = 4,47), a primeira observação feita é que a inclusão do grupo metoxi na posição C4\' estabiliza o cátion flavílio, diminuindo a extensão da hidrólise por meio de transferência de carga para o anel central. O efeito de estabilização do cátion pelo ambiente micelar, verificado pelo aumento do pKw, é mais pronunciado no 2-fenilbenzopirílio (pKwSDS = 4,73) do que no 4\'-metoxiflavílio (pKwSDS = 5,05). Os processos cinéticos mostram que a reação de hidratação (kw) do flavílio sem substituintes diminui 65 vezes em SDS, enquanto que a reação no sentido inverso se mantém dentro da mesma ordem de magnitude. Já no caso do 4\'-metoxiflavílio, foi verificado que ambas as constantes de velocidade aumentam, mas a constante de desidratação do hemicetal (k-w), que depende da concentração de prótons, é a mais afetada, aumentando cerca de 15 vezes. Este fato é um indicativo de que o pH na interface micelar é o fator de estabilização do cátion do 4\'-metoxiflavílio. Adicionalmente foram feitos cálculos computacionais de transições eletrônicas, pKa e potenciais de redução em nível ab initio para um conjunto cátions flavílios e respectivas bases quinonoidais. Os valores de pKa calculados apresentaram um desvio médio de +/- 0,5 unidade de pKa. / Anthocyanins comprise the major water-soluble pigment group in the Plant Kingdom. Light absorption by these compounds is responsible for the diverse colors in many flowers and fruits and can be modulated by phenomena such as self-association of flavylium cations or anhydrobases, copigmentation with other polyphenols and flavonoids, complexation with metal ions, incorporation of anthocyanins into microaggregates like micelles and the pH of the medium. The chemical and photochemical reactivity of anthocyanins is quite complex in aqueous solution and each process occurs in a different time range. The use of structurally simplified synthetic flavylium salts permits a certain control over the mole fractions of the various species in solution. In this study we used the synthetic flavylium ions 4-carboxy-7-hydroxy-4\'-methoxyflavylium (CHMF), 2-phenylbenzopyrylium and 4´-methoxyflavylium to investigate the main processes that influence the acid-base equilibrium and hydration of the flavylium cation in micellar environments. Such reactions play a central role in color stabilization of anthocyanins. CHMF has two ionizable groups with distinct pKas (pKa1 = 0,73; pKa2 = 4,84), and the protonation/deprotonation dynamics of these groups are affected differently by SDS micelles. The results show that SDS micelles stabilize the cationic form rather than the zwitterion (pKa1SDS = 2,77), which is favored relative to the quinonoidal base (pKa2SDS = 5,64). The preferential stabilization of the cation is related to electrostatic interactions of this form with the anionic micelle. The quinonoidal base, which in the specific case of CHMF is an anion, is disfavored relative to the zwitterion. In addition, the hydrolysis of the zwitterionic form is substantially reduced in micellar SDS solutions. The comparison of 2-phenylbenzopyrylium (pKw = 3,01) and 4´-methoxyflavylium (pKw = 4,47) shows that the methoxy group at the C4´ position stabilizes the cationic form, reducing the hydration by charge transfer to the central ring. The stabilization of the cationic form by the micellar environment, which is reflected in the increase of the pKw, is more pronounced for the 2-phenylbenzopyrylium cation (pKwSDS = 4,73) than for 4´-methoxyflavylium (pKwSDS = 5,05). Kinetic studies of the 2-phenylbenzopyrylium ion in SDS indicate a 65-fold reduction in the hydration rate constant (kw), while the inverse reaction has the same magnitude as in water. In the case of the 4´-methoxyflavylium ion, both rate constants associated with the equilibrium between the flavylium cation and hemicetal increased. However, the [H+]-dependent rate constant for dehydration of the hemicetal is affected to a greater extent, increasing about 15 fold, indicating stabilization of the 4\'-methoxyflavylium cation by the micellar interface. Finally, computational calculations were performed at the ab initio level for several flavylium cations and anhydrobases to estimate the electronic transitions, pKa and reduction potentials. The quality of the calculated pKa results were compared with experimental data and the mean absolute deviation is +/- 0.5 pKa unit.