Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Estudo de matrizes poliméricas com derivados de espiropirano incorporados para aplicações em sensoriamento químico
Autor(es): MIGUEZ, Flávio Bastos
Primeiro Orientador: SOUSA, Frederico Barros de
Resumo: No presente trabalho é documentada a síntese e caracterização de seis derivados espiropiranos, com potencial de incorporação em matrizes poliméricas para sensoriamento de pH e íons lantanídeos. Entre as várias modificações estruturais possíveis que os espiropiranos podem estar sujeitos, os que contêm grupos alquilsulfonatos são comumente classificados como fotoácidos. Essas moléculas podem ser usadas para descrever o equilíbrio ácido/base e para modificar materiais em seu uso como sensores. Dois espiropiranos sintetizados contendo esse grupamento (denominados SON e SOH) tiveram suas propriedades ácido- e fotocrômicas estudadas por meio de espectroscopia UV-vis, sendo notada a presença de seus isômeros dependentes do pH e da radiação no sistema em solução. Os outros quatro espiropiranos sintetizados (SPOH, SPOCH3, SPCOOH e SPOCH3M) contém grupamentos ácido carboxílico ou álcool, sendo comumente mais utilizados para interação com íons metálicos. Esses dois conjuntos de derivados espiropiranos foram caracterizados estruturalmente por espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman, ressonância magnética nuclear e espectrometria de massas. Para viabilizar aplicações práticas, é fundamental o uso de materiais como matrizes poliméricas que possuam alta área superficial, que interagem de forma mais eficiente com meios externos. Tais materiais podem ser obtidos por eletrofiação, na qual os derivados espiropiranos foram incorporados em fibras eletrofiadas de poli-ε-caprolactona (PCL), polímero biocompatível, com o objetivo de detectar vapores ácidos e básicos e íons lantanídeos por mudanças colorimétricas. As fibras obtidas tiveram suas morfologias analisadas por microscopia eletrônica de varredura e análise de ângulo de contato. Com exceção do sistema PCL-SPOCH3M, as demais fibras poliméricas de PCL contendo os derivados de espiropirano demonstraram propriedades de superfície compatíveis com sistemas hidrofóbicos. Os materiais voltados para detecção de vapores de ácidos e bases podem ser reversivelmente reutilizados de acordo com os resultados apresentados. Além disso, esses materiais demonstraram apresentar reversibilidade aos vapores de ácido e base. A combinação dos resultados, para as fibras contendo os demais espiropiranos, foi fundamental para identificar seletivamente e diferenciar, dentre todos os íons de lantanídeos, o La3+ e o Lu3+, tanto por mudanças macroscópicas (a olho nu), quanto por análises de espectroscopia de emissão.
Abstract: This work reports on the synthesis and characterization of six spirocyclic derivatives with potential incorporation into polymeric matrices for pH and lanthanide ion sensing. Among the various possible structural modifications that spiropyrans can undergo, those containing alkylsulfonate groups are commonly classified as photoacids. These molecules can be used to describe the acid/base equilibrium and to modify materials for use as sensors. Two synthesized spiropyrans containing this group (SON and SOH) had their acid- and photochromic properties studied by UV-Vis spectroscopy, and their pH and radiation dependent isomers were observed in the system. The other four synthesized spiropyrans (SPOH, SPOCH3, SPCOOH, and SPOCH3M) contain carboxylic acid or alcohol groups, commonly used for their interaction with metal ions. These two spiropyran derivate groups were structurally characterized by infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance, and mass spectrometry. To enable practical applications, it is essential to use materials such as high surface area polymeric matrices, which interact more efficiently with external media. Such materials can be obtained by electrospinning, in which the spiropyran derivatives were incorporated into biocompatible poly-ε-caprolactone (PCL) electrospun fibers with the aim of detecting acidic and basic vapors and lanthanide ions through colorimetric changes. The fibers obtained had their morphological aspects analyzed by scanning electronic microscopy and contact angle analysis. Apart from PLC-SPOCH3M fiber, the remaining PCL fibers containing spiropyran derivates showed surface properties compatible with hydrophobic systems. Materials designed for the detection of acid and base vapors can be reversibly reused according to the presented results. Moreover, these fibers showed efficient reversibility between acid and base vapors. The combination of results, containing the remaining spiropyrans, was fundamental to selectively identify and differentiate between all lanthanide ions, La3+ and Lu3+, by changes macroscopic changes (visible to the naked eye) and by emission analysis.
Palavras-chave: Espiropirano
Cromismo
Sensor
Eletrofiação
Polímero
Lantanídeo
CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::QUÍMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IRN - Instituto de Recursos Naturais
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Multicêntrico em Química de Minas Gerais
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3946
Data do documento: 2-Jun-2023
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