Thiago Carita Correra.

Projeto para mobilidade docente Santander/AUCANI 496 para Estabelecimento de Duplo-Diploma / Dupla Titulação entre a Universidade de São Paulo e a Ohio State University

2023/10220-0 - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Inovação Tecnológica / PPPP - Programa de Pesquisa em Políticas Públicas / PPPP - Chamada de Propostas (2023) (https://fapesp.br/15966)A água de captação, para abastecer as Estações de Tratamento de Água (ETA), tem sua qualidade comprometida com a presença de substâncias húmicas e fitoplâncton, que alteram seus parâmetros organolépticos. Para contornar esse inconveniente, as ETAs, em sua maioria, utilizam oxidante clorados para remoção desses compostos, contudo, pode ocorrer a formação de composto tóxicos e carcinogênicos, como os trialometanos (THMs) e os ácidos haloacéticos (HAAs), comprometendo a qualidade da água potável. Sendo assim, é necessário o controle das substâncias húmicas e clorofila, entretanto, existe um problema a ser resolvido, que está correlacionado com o tempo muito longo entre a coleta da amostra e a obtenção do resultado final, gerando um tempo ocioso entre uma resposta e uma ação. Com isso, ocorre elevação do custo do tratamento para ETA, uma vez que existe uma demora no controle de dosagem dos reagentes. Diante da problemática exposta, o presente projeto de pesquisa visa auxiliar o Serviço Municipal de Água e Esgoto (SEMAE), da cidade de Piracicaba-SP, a melhorar a qualidade da água de abastecimento público, a partir de métodos de análise de resposta rápida, desenvolvendo um projeto conjunto de políticas públicas em execução, solucionando um dos problemas enfrentados pelas ETAs, através de uma ciência rápida focada na qualidade de água de entrada, ou seja, água bruta proveniente dos mananciais. Para isso serão desenvolvidos métodos de análise com respostas mais rápidas e um dispositivo eletrônico, que será colocado na entrada da água bruta, gerando resultados em tempo real. Essas ações conscientes e pontuais irão possibilitar um tratamento de água mais eficiente e acessível, diminuição em gastos de insumos, que irá refletir diretamente na diminuição do custo para o consumidor final. O projeto visa contribuir para o Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) de número 6, sobre água potável e saneamento da ONU. A partir dos resultados gerados e dos métodos desenvolvidos, será possível entender o perfil da água bruta captada pelo SEMAE, fator crucial para dosar os insumos utilizados, já que diferentes fatores, como, por exemplo, estiagem e descarte de efluente não tratado, podem afetar

Esta proposta de modernização da infraestrutura de análises da Central Analítica (CA) visa a recuperar e atualizar três plataformas: análise elementar (CHN), termogravimetria (TGA) e espectrometria de massas (MS). A CA possui hoje um instrumento CHN da PerkinElmer, um instrumento termogravimetria e seis espectrômetros de massas (um CG-MS da Shimadzu, um Amazon, um MALDI Ultraflextreme, um Maxis-3G, um MicroTof e um Maxis-3G). As plataformas de MS, CHN e TGA possuem altíssima demanda, realizando em geral 400 - 500 solicitações de análise por ano para docentes do IQ, pesquisadores de outras universidades e empresas (detalhado no projeto de pesquisa). É importante notar que cada solicitação de análise pode envolver várias amostras. No caso do CHN, por exemplo, foram analisadas em torno de 2000 amostras nos últimos dois anos (detalhado no projeto de pesquisa). Embora uma quantidade enorme de pesquisas tenha se beneficiado dessas plataformas no passado recente, hoje os instrumentos de espectrometria de massas, análise elementar e TGA estão quebrados (MS Amazon, Maxis, MicroTof, TGA) ou apresentam frequentes paradas para manutenção (CHN) (detalhado no projeto de pesquisa). Essa situação vem prejudicando significativamente o andamento das pesquisas que dependem dessas técnicas. De fato, apenas dois dos espectrômetros de massas da CA estão em funcionamento: o CG-MS e o MALDI-Ultraflextreme (detalhado no projeto de pesquisa). Para recuperar a capacidade de análise das plataformas e garantir a continuidade das pesquisas que as utilizam, propomos a aquisição de um novo espectrômetro de massas Exploris120, de um novo equipamento de análise elementar FlashSmart-CHN e um novo TGA.

Esta proposta tem o objetivo de expandir o escopo dos sistemas de reação estudados anteriormente pelo nosso grupo de pesquisa (catálises quirais baseadas em organocatalisadores e metais de transição) para incluir sistemas de reação mais complexos, como reações de polimerização e de formação de metabólitos e produtos de degradação de fármacos. Para tanto, a técnica de espectroscopia vibracional de íons (espectroscopia IRMPD) desenvolvida no contexto do projeto JP1 (2014/15962-5) e as técnicas de amostragem avançadas desenvolvidas no projeto regular (2019/25634-9) serão aplicadas e melhoradas por meio do uso sinérgico destas técnicas e a técnica de espectrometria de mobilidade iônica (IMS), constituindo uma plataforma IMS-IRMPD-MS no estado-da-arte para o estudo de reações intrincadas em matrizes complexas. Estas técnicas permitirão a diferenciação de isômeros de, virtualmente, qualquer sistema químico, não apenas elevando a qualidade da pesquisa do grupo, mas também permitindo que grupos externos tenham acesso a essas técnicas no estado da arte pela implementação de um sistema multiusuário conforme já implementado durante o projeto JP1. Esse instrumento será utilizado para o estudo: i) dos primeiros passos da formação de polibenzoxazinas; ii) dos modos de polimerização da polianilina; iii) dos produtos de oxidação do fármaco metoprolol e; iv) dos produtos de degradação dos agentes quimioterápicos ciclofosfamida e ifosfamida. Além da avaliação dessas relevantes espécies químicas, este projeto irá permitir a formação de profissionais qualificados para a comunidade de espectrometria de massas e o desenvolvimento de uma instrumentação no estado-da-arte que estará disponível para instituições de pesquisa e para o setor privado.

O sistema de mobilidade iônica acoplada à espectrometria de massas (IMS-MS) é composto por duas partes principais: i) o espectrômetro de massas (MS) e, ii) o dispositivo de espectrometria de mobilidade iônica de forma de onda assimétrica de alto-campo (FAIMS). O MS comercial é um instrumento de alta sensibilidade com capacidade de realizar experimentos de MS-MS. MS-MS permite que íons selecionados sejam fragmentados em íons produtos, fazendo com que a identificação de compostos mais correta e facilitando a caracterização estrutural. Este sistema MS é equipado com uma fonte eletrospray (ESI) padrão e compatível com outras fontes API. O dispositivo FAIMS consiste em um par de eletrodos que filtram os íons a temperatura ambiente em frente a entrada do espectrômetro de massas. A separação ocorre por diferença de mobilidades (K) em campos elétricos altos e baixos. A mobilidade iônica diferencial é muito menos correlacionada à massa do íon que a mobilidade absoluta, resultando em uma ortogonalidade muito maior entre as dimensões de separação do FAIMS e do MS. Isso permite que a FAIMS acoplada a MS obtenha uma resolução substancialmente melhor que IMS linear de mesmo poder de resolução, permitindo uma melhor separação de isômeros. Portanto, o sistema IMS-MS permite a diferenciação de espécies isobáricas que não podem ser diferenciadas somente pelo valor de m/z ou padrão de fragmentação, permitindo o estudo de reações de polimerização, metabolitos, fármacos e outras biomoléculas.

Tratar água para abastecimento é tecnicamente desafiador e caro. Esta proposta visa desenvolver um método de medição rápida e precisa da qualidade de água em mananciais. Dados físico-químicos serão adquiridos on-site em tempo real as amostras coletadas serão analisadas off-site por espectrometria de massas. Os dados permitirão monitorar a qualidade da água em mananciais, identificar a presença de cianobactérias e otimizar o uso de insumos para tratamento.

A espectrometria de massas, sobretudo quando acoplada a fontes de ionização a pressão ambiente como a ionização por eletrospray (ESI), permite que informações detalhadas sobre mecanismos de reação sejam obtidas por conta da grande sensibilidade e do grande limite de detecção dinâmico desta técnica. Outras abordagens ortogonais para a diferenciação de isômeros, como a espectroscopia vibracional de íons na fase gasosa (ESI-MS-IRMPD) desenvolvida no Brasil em nosso grupo, elevam ainda mais o poder de elucidação desses mecanismos.Entretanto, o uso da fonte ESI, que é disseminado em praticamente todos os laboratórios de espectrometria de massas, não é efetivo em algumas condições, das quais se destacam o uso de solventes apolares e altas concentrações de sais. Além disso, métodos de amostragem periódica podem impedir que espécies com tempo de vida reduzidos sejam detectadas, incluindo intermediários de reação relevantes.Dessa forma, este projeto pretende desenvolver métodos que permitam a análise de reações em matrizes complexas que são incompatíveis com as fontes ESI, para expandir a gama de reações e processos que podem ser estudados pela espectrometria de massas acoplada à espectroscopia IRMPD.Assim, os objetivos desse projeto se resumem em desenvolver técnicas experimentais para o acompanhamento de reações em tempo real e a compatibilização do meio reacional para permitir que reações rápidas e em matrizes complexas possam ser analisadas por ESI-MS-IRMPD, assim como uma gama maior de amostras, o que também é de grande importância devido ao caráter multiusuários do grupo de pesquisa.As reações alvo de interesse para a química sintética e biológica que serão abordadas nesse projeto são as reações de ciclização mediadas por Pd/Cu e a reações mediadas por carbodiimidas, em especial a reação de formação de ligação peptídica.

Desenvolvimento de instrumentação de espectroscopia vibracional de íons IRMPD para caracterização de intermediários reativos de reações catalíticas assimétricas e outros sistemas em fase gasosa e solução.

Esta proposta tem como foco promover e estudar reações de haloaminação enantiosseletivas visando a síntese de aminodióis. O álcool alílico e, principalmente, seus análogos estruturais são compostos orgânicos de grande interesse à comunidade acadêmica, uma vez que permitem uma ampla variedade de transformações químicas. Na primeira etapa dessa proposta pretende-se desenvolver novas versões enantiosseletivas de reações de haloaminação intramolecular de derivados de álcoois alílicos promovidas por paládio(II)/cobre(II) e por organocatalisadores. Adicionalmente, os produtos das reações de haloaminação serão empregados como intermediários nas sínteses dos produtos naturais Esfingosina e isômeros da Jaspina. A Esfingosina e a Jaspinas serão avaliados como agentes antitumorais frente a linhagens celulares de câncer de mama (MDA-MB-231), câncer de pequenas células de pulmão (A549) e melanoma murino (B16-F12). Paralelamente aos estudos de catálise, com o auxílio da espectrometria de massas e de cálculos teóricos, pretende-se investigar e propor um ciclo-catalítico para as reações de haloaminação (via catálise metálica e orgânica), identificando através das técnicas analíticas os intermediários reativos. Almeja-se através da proposição dos ciclos-catalíticos, um melhor entendimento da causa da possível régio-, diastereo- e enantioesseletividade na formação dos produtos haloaminados. Com o desenvolvimento desta proposta espera-se cooperar com o aumento e a diversificação da produtividade científica e tecnológica da pesquisa brasileira além de se ampliar os conhecimentos de química orgânica que possam ser úteis para a comunidade científica.

Este plano tem por objetivo avaliar experimentalmente os mecanismos de reação apresentados por diversos sistemas catalíticos de interesse sintético, tanto na fase condensada, quanto na fase gasosa, através do uso de técnicas avançadas de espectrometria de massas como a extração de intermediários reativos ("fishing") e a técnica de espectroscopia vibracional de íons (IRMPD), inédita no Brasil. A técnica de espectroscopia vibracional de íons consiste em registrar a dissociação de íons na fase gasosa em função de uma frequência infravermelha sintonizável, dado que a dissociação é proporcional a energia absorvida pelo íon. Dessa forma, tal técnica possibilita, por meio do espectro infravermelho do íon, avaliar o equilíbrio conformacional e a estrutura dos íons, o que não pode ser realizado simplesmente através da relação massa carga dos íons. Os sistemas de interesse dessa proposta incluem: i) os catalisadores baseados em centros metálicos, dos quais a reação quiral de Sharpless mediada por alcóxidos de titânio e tartaratos quirais será o primeiro alvo de estudo, ii) o estudo da coordenação de metais em ligantes modelos, permitindo avaliação da etapa de ativação e automontagem dos catalisadores em solução e, iii) avaliação organocatalisedores e seus intermediários de reação, tendo como alvo inicial as imidazolidinonas de MacMillan baseadas no mecanismo do íon imínio. O desenvolvimento de instrumentação consiste de parte importante desse projeto, já que a técnica de espectroscopia no infravermelho não se encontra disponível em instrumentos comerciais e é inédita no país. Tal estudo será apoiado por variadas metodologias de cálculo teórico, possibilitando avaliar a estabilidade de confôrmeros e o perfil energético de reações, o que permite avaliar o comportamento do sistema de interesse no nível molecular. Dessa forma, tal plano de pesquisa visa à elucidação de mecanismos de reação de catalisadores diversos através do uso sinérgico de uma técnica inédita e de estudos teóricos, não só auxiliando no entendimento de reações já conhecidas, como no desenvolvimento de novas reações e catalisadores.

O instrumento multiusuário consiste do acoplamento de um sistema de laser sintonizável no infravermelho à um ion trap 3D modificado para que os íons aprisionados possam ser irradiados por fótons no infravermelho, promovendo a sua dissociação e permitindo o registro do espectro vibracional destes íons em fase gasosa. Essa técnica, acoplada à fonte de eletrospray presente no ion trap, permite que sejam elucidados equilíbrios conformacionais e estruturas de espécies em solução, acoplando um método ortogonal para identificação e diferenciação de espécies por espectrometria de massas além da relação massa carga. Essa técnica encontra diversos usos, desde o estudo de solvatação, até intermediários de reação e identificação de espécies de interesse biológico, sendo, dessa forma, de interesse para grupos de pesquisa nacionais e internacionais.

Auxilio participação evento ? FAPESP - 13th Latin American conference on physical organic chemistry, AR.EXT - Processo FAPESP 2015/02344-4