Derivatização Fotoquímica

1. Derivatização Fotoquímica Erick Soares Lins Seminários I IQ-UnB 22/02/2013

2. SUMÁRIO • Introdução: Conceitos • Aplicações • Fatores operacionais • Discussão de trabalhos • Conclusão

3. INTRODUÇÃO Derivatização Transformar quimicamente a substância objeto da análise de maneira a permitir ou facilitar sua detecção ou sua separação dos demais constituintes da matriz. D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman in Principles of Instrumental Analysis (Ed.: Brooks/Cole), Thomson Learning, New Delhi, 1998, pp. 746

4. INTRODUÇÃO Objetivos: • Maior Sensibilidade – introdução de cromóforos ou fluoróforos na molécula; geração de um novo composto de resposta mais intensa • Maior Seletividade – uso de reação de derivatização específica, que altere somente o composto de interesse em uma matriz complexa Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry1999, v. 18 no. 6, 392.

5. INTRODUÇÃO Fotoderivatização / Derivatização Fotoquímica - Radiação eletromagnética • Janela Fotoquímica: 200 a 800 nm Adaptado de UVABC’s (http://www.uvabcs.com/index.php)

6. INTRODUÇÃO

7. INTRODUÇÃO A + B (dissociação intramolecular) [AB]∙+ + e- (fotoionização) ABE, AE+B (reação direta) +E BA (isomerização) hν AB [AB]* [AB]**, AB + CD* (transferência de energia intra ou intermolecular) AB + hν (luminescência) +M AB + M* (“quenching”: energia dissipada por M na forma vibracional ou translacional) Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta2010, 657, 1. Cavicchioli, A.; Gutz, I. G. R.; Quím. Nova 2003, vol.26 no. 6, 913.

8. INTRODUÇÃO

9. APLICAÇÃO Tabela 1. Exemplos de aplicações utilizando fotoderivatização

10. APLICAÇÃO Fatores Relacionados • Comprimento de onda λ = 253,7nm • Potência da lâmpada (W) • Tempo de Exposição (s, min) • pH • Catalisadores

11. APLICAÇÃO Tabela 2. Características de Fotoreatores e suas aplicações (adaptado de Lores et al.). • Lâmpadas

12. APLICAÇÃO • Fotoreatores comerciais PHotochemicalReactor for Enhanced DetectionTM Lâmpada: vapor de Hg, baixa pressão Bobina de Reação: PTFE ICT Beam-BoostTM Photochemical Unit Lâmpada: UV 254nm, 8W Bobina de Reação: PTFE Fotos: http://www.aura-inc.com/1phred.html http://www.labx.com

13. APLICAÇÃO Henry Joshua, Presented at the Satellite Workshop to the Gordon Conference on Mycotoxins and Phycotoxins "Advances in Detection Methods for Fungal and Algal Toxins." June 17-19, 1999.

14. APLICAÇÃO • Lab-made Lâmpada UV Bobina (Quartzo, PTFE) Parede reflexiva ventoinha Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta2010, 657, 1.

15. APLICAÇÃO • Potência da lâmpada Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta2010, 657, 1. Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry1999, v. 18 no. 6, 392.

16. APLICAÇÃO • Tempo de exposição • Vantagens diretas: menor tempo total de análise, menor consumo de reagentes

17. FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO • Princípio de Grothus-Draper • A luz deve ser absorvida por um composto para que uma reação fotoquímica ocorra. • Princípio de Stark-Einstein (Lei da Fotoequivalência) • Para cada fóton absorvido por um sistema químico, somente uma molécula é ativada para reação posterior. MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

18. FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO Nível energético quase coincidente com uma Quebra de ligação MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm

19. FOTO-REAÇÕES: RENDIMENTO QUÂNTICO • Rendimento Quântico: • Número de mols de reagente consumidos, ou de produto formado, por einstein de luz monocromática absorvida • 1 einstein corresponde a 1 mol de fótons • L – caminho óptico da célula • I – fluxo de fótons absorvidos pelo NDMA • t – tempo de exposição à radiação UV0 Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101.

20. Discutir isto???? • Influência de Espécies Oxigenadas Reativas Pan, L. et al., PLOSOne, 2012, 7 (8), e44142

21. VARIAÇÃO DE pH • pH • Diferentes produtos pretendidos (B): carreador, 10mM tampão borato; tempo radiação UV 15s; N-nitrosodietanolamina, (○); N-nitrosodimetilamina, (●); N-nitrosomorfolina, (□); e N-nitrosopirrolidina, (■). Background level (Δ). Kodamatani, H. et al., J. Chromatogr. A, 2009, 1216, 92 Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol.2005, 39, 2101.

22. CATALISADORES • Catalisadores • TiO2 (anatase) • Disponível comercialmente • Utilizado em processos de degradação fotolíticas de contaminantes ambientais Atividade fotocatalítica de reator de Teflon revestido com TiO2 p25: (○) reator revestido com TiO2 p25 em potencial aplicado de .1000mV vs. Ag/AgCl; (●) reator não revestido, potencial aplicado de .1000mV vs. Ag/AgCl; (∆) reator revestido com TiO2 p25 em potencial aplicado de .600mV vs. Ag/AgCl;(▼) reator não revestido em potencial aplicado de .600mV vs. Ag/AgCl. Cada ponto representa a soma das correntes máximas dos produtos detectados no tempo de fotólise. Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta1997, 356, 177.

23. CATALISADORES • Fotoquimicamente estável • Quimicamente estável em uma ampla faixa de pH • Insolúvel em água • Possível imobilização sobre sólidos • Baixo custo • Não danoso ao ambiente • Mecanismos oxidativos– geração de radicais hidroxila a partir de água e hidróxido adsorvidos Geração de radicais hidroxila a partir de oxigênio adsorvido Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; Analytica Chimica Acta1997, 356, 177.

24. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS • Determinação de N-nitrosaminas em produtos cárneos • Automated flow-injection spectrophotometric determination of nitrosamines in solid food samples Luque-Pérez, E.; Ríos, A.; Valcárcel, M., FreseniusJ. Anal. Chem., 2001, 371, 891. • Carcinogênicas • Presença em alimentos (cozimento), cosméticos, fumaça de tabaco, solo, águas superficiais etc. • Resultantes das reações entre óxidos nítricos ou NO2- e aminas secundárias • Regulamentação (águas): Canadá – 9ng/L (NDMA), EUA – 10ng/L (NDMA, NDEA, NDPA)

25. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS • Detecção colorimétrica (Reação de Griess) • N-nitrosaminas: • UV λ=253,7nm • excitação de orbitais tipo n →π* e protonação • Geração do ânion radical NO● da molécula • reação de Griess • Geração de um íon diazônio e, posteriormente, um composto Azo detectável espectrofotometricamente, com cromóforo absorvendo em λ=540nm. Esta reação é específica para a espécie derivatizada. Peter Griess, 1829-1888

26. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS Método resumido • Extração – amostras em água a 90-95oC (agitação por 5min) • Filtração 1 • Resfriamento (banho de gelo) • Filtração 2 • Coluna de troca iônica – retenção de íons NO2- e NO3- eventualmente presentes na amostra (interferentes) • Exposição à radiação UV (254nm) • Mistura com reagente de Griess • Detecção – absorbância a 542nm

27. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS 1) 2)

29. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS FIA! Fiddler, W., Pensabene, J.W., Doerr, R.C., J. of AOAC Int., 1995, 78(6), 1435

30. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS Discussão • Avaliação de condições ótimas de: vazão, pH, tempo de exposição, Concentração do reagente de Griess • Não foram estudadas diferentes potências da lâmpada UV • Não foi avaliado o desempenho da coluna de troca iônica, nem referenciado trabalho anterior • Não é feita menção a possíveis problemas ao FIA (aquecimento excessivo da lâmpada, formação de bolhas) • Não é mencionado limite regulamentar (Projeto NDMA em produtos cárneos: 3mg/kg – China) • Validação: Apenas desvio padrão das replicatas das fortificações, recuperação em 4 níveis e faixa linear.

31. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS • Determinação dos isômeros de Resveratrol e Piceid em vinho • Post-column on-line photochemical derivatization for the direct isocratic-LC-FLD analysis of resveratrol and piceid isomers in wine Durán-Merás, I.; Galeano-Díaz, T.; Airado-Rodríguez, D.; FoodChemistry, 2008, vol. 109 no. 4, 825 • Resveratrol: Estilbeno produzido por plantas em reação a infecção fúngica ou stress abiótico (por ex. contaminação por metais pesados) • Ligado à redução dos riscos de doenças cardíacas (ingestão regular de vinho)

32. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS Método resumido • Não há etapa de preparo de amostra • Separação cromatográfica (HPLC, C18, isocrát. 15oC, fase móvel = CH3CN: H3PO4(0,04%) 18:82 v/v, 0.9mL/min) • Fotoderivatização: tubo PTFE 3m enrolado em lâmpada de Xe 4W • Detecção Fluorescência 364nm (λexc = 260nm) Radiação muito intensa impede a determinação da razão isomérica

33. Discutir isto????

34. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS A) Lâmpada desligada (_) e lâmpada ligada (...) B) Padrões de t-Resveratrol e t-Piceid (_); Amostra de vinho fortificada com os dois analitos(...)

35. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS • Comparação Ratola, N., Faria, J. L., and Alves, A., Food Technol. Biotechnol., 2004, 42 (2) 125 • Preparo: etapas LLE e SPE • HPLC-UV, sem derivatização • Determinação unicamente de trans-resveratrol • CV ~ 30% (extrações independentes de uma mesma amostra) • Faixa linear não informada • LD = 0,06mg/L (contra 0,0012μg/mL de Duran-Merás et al.) http://resveratrolbenefit.org/

36. APLICAÇÃO: DISCUSSÃO DE TRABALHOS Discussão • Otimização das condições cromatográficas • Frequência analítica: 4 amostras em 35min • Possibilidade de identificação dos isômeros • A validação do método contempla apenas: Precisão inter-dia, linearidade, LD e LQ • Não detalha quais são os foto-produtos (FR e FP1, FP2) • Não há limite regulatório, embora sintomas de overdose sejam conhecidos • Exposição à luz solar produz os isômeros cis

37. CONCLUSÃO • Derivatização Fotoquímica • Redução de custos • Versatilidade • Controle das condições experimentais • Estudo interdisciplinar

38. REFERÊNCIAS • D. A. Skoog, F. J. Holler, T. A. Nieman in Principles of Instrumental Analysis (Ed.: Brooks/Cole), Thomson Learning, New Delhi, 1998, pp. 746 • Lores, M.; Cabaleiro, O.; Cela, R.; Trends in analytical Chemistry 1999, v. 18 no. 6, 392. • Lingeman, H; Underberg, W. J. M.; in Detection-Oriented Derivatization Techniques in Liquid Chromatography (Ed.: Lingeman, H; Underberg, W. J. M.), Marcel Dekker, New York, 1990, cap. 1 • J. Ruzicka, E. H. Hansen, in Flow Injection Analysis (Ed.: J. D. Winefordner), John Wiley & Sons, New York, 1988, vol. 62, pp. 1-20. • Fedorowski, J.; LaCourse, W. R.; Analytica Chimica Acta 2010, 657, 1. • Krull, I. S.; Ding, X. D.; Selavka, C.; Bratin, K.; Forcier, G.; J. Forensic Sci. 1984, vol. 29 no. 2, 449. • Cavicchioli, A.; Gutz, I. G. R.; Quím. Nova 2003, vol.26 no. 6, 913. • D. C. Harris in Análise Química Quantitativa (Ed.: W. H. Freeman and Company), W. H. Freeman and Company, New York e Basingstoke, 1999, pp. 448-464 • MICHIGAN STATE UNIVERSITY. Photochemistry. Disponível em: http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/photchem.htm Acesso em: 02janeiro2013 • Liu, H.; Krull, I. S.; Kaufman, A.; Aruda, W. O.; Kissinger, P. T.; Current Separations, 1997, 16:2, 37. • Luque-Pérez, E.; Ríos, A.; Valcárcel, M.. Fresenius J Anal Chem, 2001, 371, 891.

39. Jurado-Sanchez, B.; Ballesteros, E.; Gallego, M.; Talanta2007, 73, 498. • Ding, X. D.; Krull, I. S.; J. Agr. Food Chem., 1984, 32, 622 • Pacheco, W. F.; Batalha, J. A. L.; de Oliveira, C. C.; Aucelio, R. Q.; Talanta2008, 74, 1442. • Lee, C.; Choi, W.; Yoon, J.; Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 2101. • Kaufman, A. D.; Kissinger, P. T.; Jones, J. E.; AnalyticaChimicaActa1997, 356, 177. • G. Roloff in Degradação do hormônio estradiol por eletrólise, fotólise e fotocatálise- Dissertação apresentada ao Instituto de Química de São Carlos (Orientador: Prod. Dr. Germano Tremiliosi Filho) Universidade de São Paulo, São Carlos, 2007, pp. 20-24 • Y. L. Chow in The Chemistry of Functional Groups Supplement F: The Chemistry of amino, nitroso and nitro compounds and their derivatives (Ed.: S. Patai), John Wiley & Sons, Binghantom, 1982, vol. 1, pp. 262-281 • Ivanov, V. M.; Journal of Analytical Chemistry 2004, vol. 59 no. 10, 1002. • Held, P., An Introduction to Reactive Oxygen Species, BioTek Application Guide, 2012 • Kim, M.; Stripeikis, J.; Iñón, F.; Tudino, M.; Talanta2007, 72, 1054. • Durán-Merás, I.; Galeano-Díaz, T.; Airado-Rodríguez, D.; FoodChemistry, 2008, vol. 109 no. 4, 825 • UVABC’S http://www.uvabcs.com/index.php)

40. Obrigado Erick Soares Lins Seminários I IQ-UnB