O CIQUP consolidou a sua posição como unidade de investigação experimental com forte reconhecimento internacional em vários domínios da Química. Apresenta-se a seguir uma seleção daqueles que consideramos os contributos mais relevantes em cinco temas diferentes.
Grupos de Investigação
Para mais informações sobre os Grupos de Investigação, clique aqui.
Conhecimento termodinâmico para compreender a estabilidade e a reatividade de compostos químicos nos domínios da energia, do ambiente e da saúde
O CIQUP mantém as suas capacidades únicas no domínio da termodinâmica química, internacionalmente reconhecidas. Produz uma quantidade considerável de resultados termoquímicos e termofísicos fiáveis, regularmente incluídos nas bases de dados do NIST e noutras, como referência para a comunidade científica mundial.
Estabilidade química de poluentes orgânicos persistentes, pesticidas e derivados de biomassa, bem como das suas propriedades relacionadas com a mobilidade.
Foram estabelecidas sinergias na tríade estrutura-energia-reatividade destes compostos e de outras substâncias bioativas. Abordagem experimental e teórica para quantificar e compreender fenómenos de correlação eletrónica em moléculas aromáticas. Estudo termodinâmico e cinético de reações que envolvem fulerenos. Impacto da estrutura molecular (simetria, curvatura, padrão de substituição) no equilíbrio e nas velocidades de reação.
Teorias, métodos e práticas que estruturam as ecologias da educação e da comunicação de ciência
O grupo Educação, Comunicação de Ciência e Sociedade centra-se nas teorias, métodos e práticas através dos quais se estruturam as ecologias da educação e da comunicação de ciência. Com especial enfoque na ciência química, o grupo de investigação reconhece a natureza ubíqua e polimórfica dos media digitais como meio privilegiado de redefinir a configuração e a abrangência destas ecologias numa sociedade global e sistémica. A explicitação contextualizada e relacional da química face a outras áreas disciplinares, saberes e contextos culturais e sociais continua a ser um importante foco de ação e de investigação.
Desenvolvimento de novos nanomateriais para aplicações em sensores, armazenamento de energia, catálise e terapêutica
A equipa do CIQUP está empenhada no desenvolvimento de procedimentos de extração sequencial de metais tóxicos, de novos materiais com melhor desempenho para o armazenamento de energia, da degradação eletroquímica e fotoquímica de poluentes e de novas soluções de deteção para o rastreio de doenças (p. ex. cancro, alergias, infeções bacterianas).
Foram desenvolvidos novos fotossensibilizadores quimioluminescentes, de molécula única, autoativáveis e seletivos para tumores, para uma terapia anticancerígena mais abrangente e eficaz.
A interação entre tensioativos aniónicos e catiónicos levou à criação de novas vesículas catanionicas com dupla resposta à luz e ao pH, para a administração direcionada de fármacos anticancerígenos. Além disso, as características estruturais e as propriedades de cristais líquidos iónicos termotrópicos foram mapeadas em várias famílias de tensioativos.
Desenvolvimento de metodologias analíticas e químico-físicas avançadas
Uma marca importante desta unidade tem sido o desenvolvimento de instrumentação protótipo e de novas metodologias experimentais nos domínios da química analítica e da química-física, que resultaram em avanços na compreensão molecular de sistemas e processos.
Foi introduzida uma nova metodologia para a avaliação das bandas proibidas óticas de materiais semicondutores orgânicos, uma técnica simples e direta para estimar com rigor a energia da banda proibida de materiais orgânicos π-conjugados, amplamente utilizados como filmes finos/compósitos em dispositivos eletrónicos orgânicos e híbridos. O desenvolvimento desta metodologia foi possível graças à nossa capacidade de produzir filmes finos de elevada qualidade de materiais semicondutores orgânicos, assente na nossa competência (de nível mundial) na técnica de efusão de Knudsen baseada na QCM (microbalança de cristal de quartzo).
O CIQUP deu também um contributo de destaque na investigação em quimio e bioluminescência. Determinou-se que a quimioexcitação eficiente resulta da formação e posterior termólise de um intermediário dioxetanona. A nossa experiência permitiu-nos ajustar o processo de quimioexcitação nesta reação para desenvolver novas moléculas capazes de autoexcitação intracelular e de produção de ROS, utilizáveis numa nova modalidade de terapia fotodinâmica do cancro.
Avanços em termodinâmica
O mérito dos laboratórios do CIQUP no domínio da termodinâmica química é internacionalmente reconhecido há muito tempo. Estes laboratórios produzem uma quantidade considerável de resultados termoquímicos e termofísicos fiáveis, regularmente incluídos nas bases de dados do NIST e noutras, como referência para a comunidade científica mundial.
As entalpias e energias de Gibbs de formação de compostos homocíclicos e heterocíclicos (com átomos de N, O e S) foram determinadas com elevada exatidão e utilizadas para avaliar a estabilidade termodinâmica dos compostos, nas fases gasosa e condensada, bem como para racionalizar a relação entre a sua energética, aromaticidade e propriedades estruturais. Foram também determinadas experimentalmente as energias de ligações de hidrogénio intermoleculares (N-H-O, O-H-O e N-H-N) em cristais orgânicos.
Foram obtidas com sucesso previsões de elevada qualidade de propriedades de mobilidade ambiental de compostos químicos, como a energia de Gibbs padrão de hidratação, a pressão de vapor, a solubilidade em água, as constantes de Henry e os coeficientes de partição octanol/água, para benzenos halogenados. Foi demonstrada a aplicabilidade das equações à previsão rigorosa das propriedades de derivados do benzeno com outros substituintes não ionizáveis.
Desvendar nanoestruturas em fluidos iónicos
O CIQUP deu contributos pioneiros para o estudo experimental de fenómenos de nanoestruturação em líquidos iónicos (LI). Foi evidenciado o papel fundamental do comprimento da cadeia alquílica na nanoestruturação dos LI, sendo hoje amplamente aceite na literatura que este fenómeno se intensifica a partir do Comprimento Alquílico Crítico (CAL) de seis átomos de carbono. Este novo modelo de interpretação dos LI teve impacto na comunidade científica e é hoje amplamente utilizado na racionalização das propriedades e da funcionalidade dos LI em volume e em interfaces. Neste quadro, registaram-se novos avanços sobre: o impacto da simetria do catião na estruturação dos LI à nanoescala; a autoagregação dos LI; os efeitos do comprimento e da simetria da cadeia lateral alquílica do catião na tensão superficial dos LI; anomalias do comportamento térmico.
As medições de capacidades diferenciais de LI e das suas misturas revelaram nanoestruturação interfacial e transições de fase previstas teoricamente. Um resultado com grande impacto potencial no desenvolvimento de supercondensadores de dupla camada foi o aumento da capacidade da dupla camada com misturas adequadas de LI.
Compreender as estruturas e as funcionalidades das interfaces
A experiência em interfaces eletrificadas e não eletrificadas (sólido/líquido, líquido/líquido e líquido/gás) e na preparação de arquiteturas avançadas de materiais compósitos com espessura controlada permitiu obter resultados fundamentais. Estes incluem o desenvolvimento de sensores melhorados através do crescimento controlado de estruturas interfaciais hierárquicas. Em particular, a conceção e síntese de novos monómeros para impressão molecular que maximizam a ligação não covalente das moléculas-alvo, aplicados com sucesso na obtenção de um grau muito elevado de separação enantiomérica. Foram preparados com sucesso compósitos micro e mesoporosos com propriedades de sorção relevantes para catiões metálicos, a partir de materiais extraídos de resíduos da pesca. O esquema concebido foi inspirado na ponte biológica de silicato encontrada no sulfato de condroitina, oferecendo uma potencial aplicação em processos de biossorção, deteção e separação. Foram desenvolvidos processos verdes de eletrodeposição de metais e ligas com fluidos iónicos (LI e solventes eutécticos profundos).
Foram obtidos dados de elevada qualidade sobre a dispersão de nanotubos de carbono com anfifílicos iónicos e introduzidas novas métricas objetivas, uma abordagem inovadora que nos permitiu relacionar o processo de dispersão com as propriedades moleculares dos dispersantes. Esta abordagem poderá revelar-se crucial para desenvolver, de forma racional, materiais 3D hierárquicos não covalentes.
Conceção, síntese e rastreio de compostos bioativos
No que respeita à descoberta de fármacos para doenças neurodegenerativas, foram obtidas entidades químicas inovadoras com base em estruturas de cromona e de ácidos cinâmico e benzoico. As estratégias incluíram: a) conceção racional e síntese de bibliotecas concisas e orientadas para a diversidade, guiadas por rastreios fenotípicos baseados em alvos e em células; b) otimização de hits a leads e de leads, através de modificações estruturais à medida baseadas em (bio)isosterismo e guiadas por relações estrutura-atividade; c) otimização farmacocinética e farmacodinâmica, incluindo a melhoria da potência farmacológica e da seletividade para o alvo, das propriedades de tipo fármaco, da solubilidade, da permeabilidade membranar e da toxicidade.
As novas entidades incluíram: a) um inibidor da MAO-B à base de cromona, potente, seletivo e reversível, com melhor segurança e propriedades de tipo fármaco do que os inibidores da MAO-B utilizados na doença de Parkinson; b) o primeiro inibidor da COMT à base de nitrocatecol com atividade central e sem hepatotoxicidade, mais seguro do que a tolcapona, um inibidor utilizado na clínica; e c) os primeiros antioxidantes mitocondriotrópicos baseados num antioxidante da dieta, com potencial terapêutico em doenças associadas ao stress oxidativo mitocondrial, como as doenças de Alzheimer e de Parkinson.