http://hdl.handle.net/10362/1049 DQ_PhD 2013-06-19T09:50:44Z http://hdl.handle.net/10362/9684 Title: Synthesis, characterization and applications of new schiff base fluorescent chemosensors for metal and DNA interactions: conventional and "green" approaches Authors: Pedras, Bruno André Cunha de Vallêra Jacques Abstract: The work presented in this thesis, which has as its central subject the synthesis and applications of new fluorescent chemosensors and probes, can be divided in two major groups. The first one deals with Schiff base-derived fluorescent chemosensors, with application in the detection of metal cations, and the second group concerns the development of new Ru(II) polypyridyl luminescent molecular probes for DNA. Before the description and discussion of the performed work, a general introduction is presented in Chapter I, where emphasis is put on the applications of molecular fluorescence to chemical sensing, in order to obtain a better understanding of the photophysical processes that underlie molecular recognition. This connection is made by defining concepts and giving examples when necessary. A brief mention to the studied analytes and the instrumental methods used both in developing the chemosensors and in their applications is also made. In Chapter II, two new chemosensors possessing crown ether moieties linked through a Schiff base to a bithiophene group are presented. These systems were synthesized and fully characterized, and their application in the sensing of Ni(II), Pd(II), Hg(II) and Na(I) was tested by absorption and emission spectroscopies, and MALDI-TOF MS. Chapter III describes two new pincer-type ligands, in which a thiophene unit is linked through a Schiff base either to pyrene or naphthalene chromophores. Sensing applications for Ni(II) and Pd(II) were investigated by different techniques, and solid complexes with the aforementioned metals were also synthesized. A new tripodal ligand derived from indole and containing three Schiff base groups is introduced in Chapter IV, and its complexes with Zn(II), Cu(II), Ni(II), Hg(II) and Pd(II) are also described. Metal ion titrations of the free ligand with the respective metal salts have been performed, helped by DFT calculations, in order to investigate the role of the central tertiary amine in metal coordination. The search for new luminescent molecular probes to be used in DNA binding is the subject of Chapter V, in which a new family of six Ru(II) polypyridyl complexes is synthesized. The relation between their structure and the binding mode to DNA is studied by absorption and steady-state emission spectroscopies, as well as by timeresolved experiments. Description: Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável, especialidade de Química-Física Inorgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia 2011-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10362/9683 Title: Chemical approaches to ubiquitous computing Authors: Baptista, Carlos Alberto Pinheiro Description: Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Química, perfil de Química Física, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia 2010-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10362/9420 Title: Organocatálise assimétrica: estudo mecanístico de reacções intramoleculares de aldol Authors: Duarte, Filipe José Santos Abstract: Reacções assimétricas, catalisadas por organocatalisadores quirais, têm sido alvo de intensos estudos durante os últimos anos, em virtude da crescente necessidade de obtenção de compostos enantiomericamente puros, com potencial actividade farmacológica. A busca incessante de melhores rendimentos químicos e de maior controlo régio- e estéreo-selectivo das reacções orgânicas assimétricas, tem motivado, igualmente, uma enorme procura de novos organocatalisadores. Estes são, na sua maioria, aminoácidos ou seus derivados, estando a sua performance associada à formação de intermediários do tipo imina ou enamina. Associadas à vertente experimental, têm surgido diversas propostas de mecanismos reaccionais, com o objectivo de racionalizar os inúmeros resultados empíricos obtidos, de modo a prever a estereoquímica dos processos, bem como propor novos catalisadores com performance melhorada. No âmbito desta tese realizaram-se diversos estudos experimentais e teóricos, com vista ao estudo mecanístico de reacções intramoleculares assimétricas de aldol e de Baylis-Hillman, assistidas por organocatalisadores quirais. Dentro das reacções intramoleculares de aldol, foram analisadas as reacções de 1,6- e 1,7-dialdeídos, enquanto que na reacção de Baylis-Hillman foi testado apenas o hepta-2-enedial. O trabalho desenvolvido no âmbito das reacções de aldol, pode ser dividido em três fases distintas: • Antes do estudo da reacção na sua vertente assimétrica, e com o objectivo de testar a detecção e caracterização dos diversos intermediários possíveis na coordenada reaccional, efectuou-se uma análise detalhada da reacção intramolecular de aldol do mesodimetil- 2,3-bis(2 oxoetil)-succinato, catalisada por aminas aquirais (pirrolidina e isopropilamina), através da técnica espectroscópica de ressonância magnética nuclear(RMN). Foi possível detectar e caracterizar alguns dos intermediários reaccionais, o que permitiu, de seguida, efectuar estudos dirigidos de modelação molecular, com base nos resultados experimentais obtidos. Os estudos teóricos efectuados, em conjunto com os dados obtidos por RMN, permitiram a formulação de um perfil energético para a reacção do meso-dimetil-2,3-bis(2-oxoetil)-succinato catalisada por pirrolidina com a identificação clara do passo limitante da reacção. • Na segunda fase, efectuou-se um estudo teórico com vista à racionalização do efeito da estrutura de diferentes catalisadores quirais (L-prolina (2S,4R)-(+)-trans-4-hidroxiprolina e ácido (S)-indolina-2-carboxílico) na enantiosselectividade da reacção intramolecular de aldol do 2,2’-((3S,4R)-1-benzil-2,5-dioxopirrolidine 3,4-diil)-diacetaldeído. • Na terceira fase, e com base nos resultados obtidos nas duas fases anteriores, desenvolveu-se um estudo de modelação molecular sobre as reacções de uma família alargada de 1,7-dialdeídos, usando como catalisador a L-prolina, visando compreender o efeito da estrutura do dialdeído na selectividade da reacção. Foram calculadas todas as possíveis estruturas de transição associadas aos passos determinantes da velocidade da reacção que, segundo os nossos resultados, poderão ser o passo de formação do ião imónio inicial (passo de condensação do catalisador com o dialdeído) ou o passo de ciclização, de modo semelhante aos resultados obtidos para os estudos com 1,6-dialdeídos. Foram consideradas duas vias reaccionais (condições anidras e inclusão de água no meio reaccional), o que permitiu sugerir que a água não deverá estar presente no processo de ciclização. Esta fase do trabalho permitiu a racionalização de parte significativa dos dados experimentais conhecidos. Description: Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Química, especialidade de Química Orgânica, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia 2009-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10362/9369 Title: A systems biology framework for pathway level culture media engineering: pplication to Pichia pastoris cultures Authors: Ferreira, Ana Raquel Santos Abstract: Culture media (CM) formulations contain hundreds of ingredients in aqueous solutions that may be involved in complex interactions in the same or competing pathways within the cell. This thesis proposes a new methodology for determining the optimal composition of CM that migrates from an empirical to a mechanistic or hybrid mechanistic CM development approach. A framework consisting in the execution of an array of cell cultures, endpoint exometabolomic assays and bioinformatics algorithm were brought together into a platform for CM engineering called Cell Functional Enviromics. This technology consists of a largescale reverse engineering approach that reconstructs cellular function on the basis of measured dynamic exometabolome data. To support this concept, a computational algorithm, called “envirome-guided Projection to Latent Pathways”, was developed. This method yields envirome-wide Functional Enviromics Maps (FEM), with rows representing medium factors, columns representing elementary (orthogonal) cellular functions and color intensity values, the strength of up-/down- regulation of cellular functions by medium factors. This method was applied to optimize Pichia Trace Metal salts for the yeast Pichia pastoris to improve the expression of heterologous proteins. An array of shake flasks experiments of the P. pastoris X33 strain were performed and used to build a FEM. Then, optimized CM formulations were calculated targeting predefined single-chain Fragment variable antibody (scFv) production improvements. Experimental validation shows a scFv productivity increase of approximately twofold, in relation to the control BSM recipe proposed by Invitrogen. These results were further validated in 2 L bioreactor experiments. Thereafter, scale-up to 50 L bioreactors was developed a mathematical model for further optimization of BSM salts in experiments of P. pastoris GS115. Direct adaptive (DO)-stat feeding controller that maximizes glycerol feeding through the regulation of DO concentration at 5% of saturation was developed and applied to the 50 L bioreactor, with the fully optimized CM composition. Description: Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica 2012-01-01T00:00:00Z