DL-isoleucina

O artigo apresenta um estudo do assinalamento dos modos normais de vibração do cristal de DL-isoleucina em termos do Potential Energy Distribution via cálculos DFT. Também são apresentados resultados de altas pressões utilizando-se como meios compressores o nitrogênio e o neônio. Constatou-se que a DL-isoleucina sofre transições de fase entre 1,3 e 1,9 GPa e entre 3,6 e 4,4 GPa. Essas transições foram determinadas observando-se mudanças substanciais nas regiões dos modos da rede, bem como dos modos internos do material. Na primeira transições de fase foi observada mudança no esqueleto da molécula e em modos identificados como pertencentes ao grupo CH3. A referência completa do artigo é: [F.S.C. Rêgo, F.E.A. Melo, C.E.S. Nogueira, A. Polian, P.T.C. Freire, P.F. Façanha Filho, J.A. Lima Jr., Spectrochimica Acta A 214, 207-215 (2019)].

Soluções aquosas

Muitos aminoácidos podem ser crescidos em solução aquosa com relativa facilidade, enquanto outros são bem difíceis de serem obtidos por esta metodologia. Como alternativas à solução aquosa, é possível tentar o crescimento em outros meios líquidos, como algumas substâncias orgânicas como metanol, etanol, ou diversas misturas. Entre aqueles aminoácidos que podem ser crescidos com certa facilidade estão [além da L-alanina e da L-asparagina monohidratada, como já mostrado] a L-histidina (Figura 1), o ácido L-glutâmico (Figura 2) e a L-glutamina (Figura 3); esses três materiais já tiveram suas propriedades vibracionais investigadas sob altas pressões no Laboratório de Altas Pressões do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará.

Figura 1: Cristais de L-histidina crescidos em solução aquosa vistos sob microscópio.

Figura 2: Cristal de ácido L-glutâmico crescido em solução aquosa visto sob microscópio.

Figura 3: Cristal de L-glutamina crescido em solução aquosa visto sob microscópio.

AIRAPT 27

Ocorreu entre os dias 04/08 a 09/08/2019, no Rio de Janeiro, a 27th AIRAPT International Conference on High Pressure Science and Technology, com a presença de físicos, químicos, cientistas de materiais, engenheiros, geocientistas e biólogos de diversos países. Essa é a mais importante conferência internacional da área de altas pressões e ocorre a cada dois anos em diferentes países do globo. Nessa edição foram ministradas diversas palestras que versaram sobre temas diversos como propriedades da matéria em condições ultra-extremas com alta resolução síncrotron, reações de substâncias que ocorrem no manto terrestre, formas diversas do gelo, materiais ricos em hidrogênio para armazenagem de hidrogênio,  materiais supercondutores, métodos de inteligência artificial para testar a matéria em condições extremas, altas pressões com EXAFS e XANES, materiais emergentes em altas pressões por desenhos, entre outros assuntos. Do Laboratório de Altas Pressões do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará participaram da conferência os professores José Alves Lima, Antonio Gomes e Eduardo Barros. Do estado do Ceará ainda estiveram presentes e apresentaram trabalhos, os professores José Valdenir Silveira (Campus de Sobral da UFC), Bruno Tavares Abagaro (Campus de Limoeiro do Norte da UECE) e Alexandre Magno Teixeira (Universidade Regional do Cariri).

Pesquisadores do LAP-UFC juntamente com o Prof. Alziro Jornada (UFRGS) no AIRAPT 27, no Rio de Janeiro.

PRESSYNC

Ocorreu entre os dias 31/07 a 02/08/2019 em Campinas, num auditório do prédio do Sirius, LNLS/CNPEM, o Workshop Synchrotron Techniques Under High Pressure (PRESSYNC). Na programação, constaram palestras de pesquisadores do Brasil, Alemanha, França, Itália, Estados Unidos, África do Sul, China e Japão. Entre os temas apresentados estavam medidas em condições extremas com campos magnéticos intensos, espalhamento magnético, hidrogênio denso aquecido, fases de alta pressão do lítio, transições de fase em materiais orgânicos e inorgânicos e apresentação de estudos em altas pressões nos laboratórios de Los Alamos (EUA), Elettra (Itália) e Soleil (França). Do Laboratório de Altas Pressões do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará, estiveram presentes o Prof. Alejandro Ayala, que deu a palestra "Low dimensional halide perovskites under extreme conditions" e o Prof. Paulo Freire, que falou sobre "Amino acids and peptides under high pressures"; do mesmo laboratório esteve também presente o Bolsista Pos-Doc Bruno Sousa e do Campus de Russas da UFC, o Prof. Antônio Neves. Além das apresentações técnicas, no final do encontro houve uma longa discussão sobre questões e perspectivas relacionadas à nova fonte de luz síncrotron brasileira, o Sirius.

Pesquisadores do LAP-UFC no PRESSYNC, que ocorreu no Sirius, Campinas.

Um novo olhar sobre a L-treonina

A L-treonina é um aminoácido encontrado em diversas proteínas do corpo humano tais como a hemoglobina e a insulina. Nas condições de pressão atmosférica e numa temperatura em torno de 25 oC as moléculas se cristalizam numa estrutura ortorrômbica com grupo espacial P2₁2₁2₁. O cristal de L-treonina foi investigado pelo nosso laboratório em duas oportunidades. Na primeira, mostramos que sob pressão, o cristal sofre uma transição de fase em torno de 2 GPa [1]. No segundo trabalho, investigou-se o seu comportamento até pressões de 27 GPa [2]. Como foi mostrado anteriormente, esse segundo trabalho revelou através de espectroscopia Raman evidências de transições de fase em aproximadamente 2 GPa (confirmando os estudos originais), entre 8,2 e 9,2 GPa e entre 14 e 15,5 GPa. Quando a pressão é baixada para a pressão atmosférica, observa-se que o espectro original é obtido novamente, indicando que as modificações são reversíveis.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Escócia (University of Edinburgh) realizou um estudo minucioso do mesmo material submetido a altas pressões, mas utilizando a técnica de difração de raios-X [3] em conjunto com cálculos de teoria do funcional de densidade. Os autores perceberam que durante as duas primeiras transições de fase o cristal mantém a estrutura ortorrômbica, enquanto que a fase de mais alta pressão é caracterizada por uma estrutura monoclínica. A fase ambiente foi denominada de fase I e as outras fases, I', II e III. As fases I e I' são muito semelhantes, sendo a diferença apenas uma leve rotação do grupo carboxílico. A transição de fase I' - II, que foi observada entre 8,5 e 9,2 GPa, segundo os autores da ref. [3] é devida a uma gradual transformação de um contato eletrostático de longo alcance que se transforma numa ligação de hidrogênio, sendo visto meramente como uma acomodação da estrutura à alta pressão. Finalmente, a fase III, que  foi observada acima de 18.2 GPa, é caracterizada por uma bifurcação do grupo hidroxil em metade das moléculas da célula unitária. Portanto, os resultados de difração de raios-X apresentam uma boa concordância com os resultados de espectroscopia Raman, mostrando que as duas técnicas podem dialogar sem muita dificuldade para apresentar um quadro mais claro sobre o comportamento dos materiais em altas pressões.

[1] B.L. Silva, P.T.C. Freire, F.E.A. Melo, J. Mendes Filho, M.A. Pimenta, M.S.S. Dantas, High-pressure Raman spectra of L-threonine crystal, Journal of Raman Spectroscopy 31, 519 – 522 (2000).

[2] R.O. Holanda, J.A. Lima Jr., P.T.C. Freire, F.E.A. Melo, J. Mendes Filho, A. Polian, New pressure-induced phase transitions of L-threonine crystal: a Raman spectroscopic study, Journal of Molecular Structure 1092, 160 – 165 (2015).

[3] N. Giordano, C.M. Beavers, K.V. Kamenev, W.G. Marshall, S.A. Moggach, S.D. Patterson, S.J. Teat, J.E. Warren, P.A. Wood, S. Parsons, High pressure polymorphism in L-threonine between ambient pressure and 22 GPa, CrystEngComm (2019). DOI: 10.1039/c9ce00388f.

Crescimento de Cristais - I

Os dois primeiros trabalhos da literatura que versaram sobre as propriedades vibracionais de cristais de aminoácidos submetidos a altas pressões, descreviam através da espectroscopia Raman o comportamento dos cristais de L-asparagina monohidratada [1] e de L-alanina [2]. Para se conseguir esses resultados, entre outros fatores, recordamos que foram conseguidos cristais de excelentes qualidades no Laboratório de Crescimento de Cristais do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará. Esses cristais foram obtidos pelo método tradicional da evaporação lenta do solvente, no qual o reagente de alta pureza é dissolvido em água bi- ou tri-destilada próximo da quantidade limite de solubilidade dos respectivos reagentes (em outra postagem forneceremos detalhes do método). Abaixo colocamos as fotos de dois grupos de cristais crescidos nos nossos laboratórios.

Figura 1: Fotografia de cristais de L-asparagina monohidratada crescidos no Laboratório de Crescimento de Cristais do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará. A base da figura tem 3,2 cm.

Figura 2: Fotografia de cristais de L-alanina crescidos no Laboratório de Crescimento de Cristais do Departamento de Física da Universidade Federal do Ceará. 

[1] Pressure-induced phase transitions in monohydrated l-asparagine aminoacid crystals, A.J.D. Moreno, P.T.C.Freire, F.E.A. Melo, M.A.Araújo Silva, I. Guedes, J. Mendes Filho, Solid State Communications 103, 655 – 658 (1997).

[2] High-pressure Raman study of L-alanine crystal, A.M.R. Teixeira, P.T.C. Freire, A.J.D. Moreno, J.M. Sasaki, A.P. Ayala, J.M. Filho, F.E.A. Melo, Solid State Communications 116, 405 – 409 (2000).

Workshop PRONEX

No dia 25 de fevereiro de 2019 ocorreu o Workshop PRONEX FUNCAP-CNPq, relacionado ao projeto Núcleo de Excelência em Estudos Físico-químicos sob Condições Extremas. Esse projeto tem como linhas temáticas de pesquisa os seguintes pontos: Tratamento hidrotérmico: Metodologia versátil para a preparação de novos (nano)materiais; Nanopartículas coloidais em meios líquidos com alta força-iônica; Materiais sob condições extremas de pressões; Simulações de cristais de aminoácidos submetidos a altas pressões usando o formalismo da teoria do funcional de densidade; Microscopia de Varredura por Sonda – Condições Extremas

Participaram do encontro pesquisadores dos laboratórios do Departamento de Física listados a seguir: Laboratório de Altas Pressões, Laboratório de Cristalografia Estrutural, Laboratório de Espectroscopia Vibracional e Microscopia, Laboratório de Materiais Funcionais Avançados, Grupo de Estudos de interfaces sólido-biológicas. Nesse encontro foram discutidos os resultados obtidos nos laboratórios durante os anos de 2017 e 2018, em particular os resultados relacionados às linhas temáticas.