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Abstract(s)
Carbohydrates are ubiquitous in all living beings, from the most complex – the humans – to the unicellular organisms. Fundamental in all kinds of biological processes, carbohydrates represent expedient candidates for biomedical applications. Through their use, countless barriers could be overcome, especially the lack of selectivity on cancer’s treatment. Although their advantages, carbohydrate synthesis is still far from completely unearthed and understood. However, the growing necessities thrust the field to more complex subjects, leading to the discovery of new potent devices capable of overwhelming the field of medicine.
The same driving force pushed the field of nanotechnology to the development of new materials, with applicabilities in uncountable fields. One of these materials was the mesoporous materials, which were recently discovered, and gain major focus of research in past years. This research flows towards the creation of materials progressively more complex and organized, ultimately leading to periodic mesoporous materials. These materials can be packed with organic moieties, leading to a synergetic combination between the organic and the inorganic features.
This combination conducted to the objective of this work, which can be divided in two phases. The first is synthesis of glycoside derivatives, through their functionalization, for posterior linkage to a siliceous material - in phase two - resulting in mono/di-organosilane precursors, which can be used to prepared mesoporous materials – ordered or periodic. The use of carbohydrate derivatives in combination with these materials is an innovative field, with scarce research carried, and since the synergetic combination of the organic/inorganic features, is a promising field for the development of more efficient biomedical devices, for example, drug delivery systems.
Os carboidratos estão presentes em todos os organismos vivos e plantas, desempenhando um papel fundamental em vários processos biológicos necessários à sua sobrevivência. Posto isto, é de extrema importância o seu estudo e o desenvolvimento de novas aplicações biomédicas baseadas neles. Devido as suas fantásticas características e versatilidade, estes têm sido utilizados no desenvolvimento de sistemas de entrega de fármacos, especialmente no tratamento do cancro, que apesar do estudo intensivo, continua a ser uma das maiores causas de mortes no mundo. Com os avanços no estudo dos hidratos de carbono, cada vez mais derivados têm sido desenvolvidos, possibilitando a sua combinação com nano-estruturas, formando sistemas com aplicabilidades em inúmeras áreas como a química, engenharia, biologia, medicina, e muitas outras. Através desta sinergia é possível ultrapassar muitos problemas, ambientais e médicos, atualmente existentes. Apesar das inúmeras possibilidades de nano estruturas, algumas têm sofrido principal atenção. Como exemplo temos as estruturas mesoporosas, com aplicações em áreas como cromatografia e de sensores, que nos últimos anos têm sido extensivamente estudadas e aplicadas em diversas áreas. Concomitantemente com este trabalho, temos os materiais mesoporosos de sílica. Tendo sido descobertos há relativamente pouco tempo, estes materiais têm sido intensivamente estudados de forma a desenvolver materiais cada vez mais organizados, com porosidades e estruturas cada vez mais definidas. Ao longo do seu desenvolvimento, estes materiais possibilitaram o encapsulamento de moléculas orgânicas à matriz inorgânica. Com esta combinação de compostos orgânicos e inorgânicos, surgiram os materiais ordenados mesoporosos de organosilica, e posteriormente os materiais periódicos mesoporosos de organosilica. Esta combinação, resulta numa sinergia entre as componentes orgânicas e inorgânicas, melhorando as características de ambas. Juntando todo este conhecimento recentemente desenvolvido, sobre estruturas mesoporosas, com a quase infinita versatilidade dos hidratos de carbono, temos o principal objetivo deste trabalho: o desenvolvimento de precursores organosilanos, para posterior utilização no desenvolvimento de estruturas mesoporosas organizadas baseados em carboidratos. Neste trabalho, algumas funcionalizações de açucares irão ser abordadas, com o principal objetivo de proteger os grupos hidroxilo presentes nos açucares, melhorando a sua solubilidade nos solventes orgânicos e permitindo uma ligação regiosseletiva ao material silicioso (isocianato de propil-trietoxisilano (ICPTES)), através de uma ligação uretano. Este trabalho divide-se em duas fases. Na primeira foram preparados derivados de glúcidos, através da modificação dos grupos funcionais. Na segunda foram sintetizados precursores organosilanos, com base nos derivados e no composto silicioso isocianato de propil-trietoxisilano. A primeira fase começa pela funcionalização do composto comercialmente disponível 1,2:5,6-di-O-isopropilideno-a-glucofuranose. Esta funcionalização consiste numa benzilação do hidroxilo na posição 3, na desproteção seletiva do grupo isopropilideno, seguida de uma oxidação dos diós vicinais, e uma posterior redução do aldeído. Seguidamente realizou-se a funcionalização da D-ribose através de uma síntese de um só passo, onde ocorre a metilação da posição 1 e a formação de um grupo isopropilideno na posição 2 e 3. Seguidamente foi funcionalizada a N-acetilglucosamina através da metilação da posição 1 e da adição de um grupo benzilideno na posição 3 e 4. A síntese de derivados de glúcidos dá-se por terminada com a funcionalização da D-glucose, que foi feita através da benzilação dos grupos hidroxilos, seguida da acetilação seletiva da posição 6, e respetiva desacetilação da mesma posição, resultando num grupo hidroxilo desprotegido. Seguidamente foi realizada a síntese dos precursores organosilanos, para os quais foram utilizados os anteriormente referidos derivados de glúcidos, bem como os comercialmente disponíveis 1,2:5,6-di-O-isopropilideno-a-glucofuranose, 1,2-O-Isopropilideno-a-D-xilofuranose, e 2,3,4,6-tetra-O-benzil-a-D-glucopiranose. Esta síntese baseou-se na formação de uma ligação uretano entre os derivados de glúcidos e o isocianato de propil-trietoxisilano. A síntese e caracterização dos compostos e precursores foi acompanhada pela análise através de ressonância magnética nuclear de carbono e protão, comprovando a sua estrutura, e a reação de formação dos precursores foi controlada por espetroscopia de infravermelhos. Com este trabalho, realizou-se a combinação entre materiais siliciosos e hidratos de carbono, uma combinação inovadora com muito potencial de desenvolvimento e inúmeras aplicabilidades.
Os carboidratos estão presentes em todos os organismos vivos e plantas, desempenhando um papel fundamental em vários processos biológicos necessários à sua sobrevivência. Posto isto, é de extrema importância o seu estudo e o desenvolvimento de novas aplicações biomédicas baseadas neles. Devido as suas fantásticas características e versatilidade, estes têm sido utilizados no desenvolvimento de sistemas de entrega de fármacos, especialmente no tratamento do cancro, que apesar do estudo intensivo, continua a ser uma das maiores causas de mortes no mundo. Com os avanços no estudo dos hidratos de carbono, cada vez mais derivados têm sido desenvolvidos, possibilitando a sua combinação com nano-estruturas, formando sistemas com aplicabilidades em inúmeras áreas como a química, engenharia, biologia, medicina, e muitas outras. Através desta sinergia é possível ultrapassar muitos problemas, ambientais e médicos, atualmente existentes. Apesar das inúmeras possibilidades de nano estruturas, algumas têm sofrido principal atenção. Como exemplo temos as estruturas mesoporosas, com aplicações em áreas como cromatografia e de sensores, que nos últimos anos têm sido extensivamente estudadas e aplicadas em diversas áreas. Concomitantemente com este trabalho, temos os materiais mesoporosos de sílica. Tendo sido descobertos há relativamente pouco tempo, estes materiais têm sido intensivamente estudados de forma a desenvolver materiais cada vez mais organizados, com porosidades e estruturas cada vez mais definidas. Ao longo do seu desenvolvimento, estes materiais possibilitaram o encapsulamento de moléculas orgânicas à matriz inorgânica. Com esta combinação de compostos orgânicos e inorgânicos, surgiram os materiais ordenados mesoporosos de organosilica, e posteriormente os materiais periódicos mesoporosos de organosilica. Esta combinação, resulta numa sinergia entre as componentes orgânicas e inorgânicas, melhorando as características de ambas. Juntando todo este conhecimento recentemente desenvolvido, sobre estruturas mesoporosas, com a quase infinita versatilidade dos hidratos de carbono, temos o principal objetivo deste trabalho: o desenvolvimento de precursores organosilanos, para posterior utilização no desenvolvimento de estruturas mesoporosas organizadas baseados em carboidratos. Neste trabalho, algumas funcionalizações de açucares irão ser abordadas, com o principal objetivo de proteger os grupos hidroxilo presentes nos açucares, melhorando a sua solubilidade nos solventes orgânicos e permitindo uma ligação regiosseletiva ao material silicioso (isocianato de propil-trietoxisilano (ICPTES)), através de uma ligação uretano. Este trabalho divide-se em duas fases. Na primeira foram preparados derivados de glúcidos, através da modificação dos grupos funcionais. Na segunda foram sintetizados precursores organosilanos, com base nos derivados e no composto silicioso isocianato de propil-trietoxisilano. A primeira fase começa pela funcionalização do composto comercialmente disponível 1,2:5,6-di-O-isopropilideno-a-glucofuranose. Esta funcionalização consiste numa benzilação do hidroxilo na posição 3, na desproteção seletiva do grupo isopropilideno, seguida de uma oxidação dos diós vicinais, e uma posterior redução do aldeído. Seguidamente realizou-se a funcionalização da D-ribose através de uma síntese de um só passo, onde ocorre a metilação da posição 1 e a formação de um grupo isopropilideno na posição 2 e 3. Seguidamente foi funcionalizada a N-acetilglucosamina através da metilação da posição 1 e da adição de um grupo benzilideno na posição 3 e 4. A síntese de derivados de glúcidos dá-se por terminada com a funcionalização da D-glucose, que foi feita através da benzilação dos grupos hidroxilos, seguida da acetilação seletiva da posição 6, e respetiva desacetilação da mesma posição, resultando num grupo hidroxilo desprotegido. Seguidamente foi realizada a síntese dos precursores organosilanos, para os quais foram utilizados os anteriormente referidos derivados de glúcidos, bem como os comercialmente disponíveis 1,2:5,6-di-O-isopropilideno-a-glucofuranose, 1,2-O-Isopropilideno-a-D-xilofuranose, e 2,3,4,6-tetra-O-benzil-a-D-glucopiranose. Esta síntese baseou-se na formação de uma ligação uretano entre os derivados de glúcidos e o isocianato de propil-trietoxisilano. A síntese e caracterização dos compostos e precursores foi acompanhada pela análise através de ressonância magnética nuclear de carbono e protão, comprovando a sua estrutura, e a reação de formação dos precursores foi controlada por espetroscopia de infravermelhos. Com este trabalho, realizou-se a combinação entre materiais siliciosos e hidratos de carbono, uma combinação inovadora com muito potencial de desenvolvimento e inúmeras aplicabilidades.
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Keywords
Derivados de Glúcidos Materiais Híbridos Materiais Mesoporosos Precursores Organosilanos Sistemas de Entrega de Fármacos