Modificação química de quitosana com etoximetilenos: otimização reacional, caracterização e aplicação na adsorção de cristal violeta e diclofenaco

dc.contributor.advisor-co1Dufresne, Alain
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2836712749450886
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-8181-1849
dc.contributor.advisor1Menezes, Aparecido Junior de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0484426340349483
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5638-489X
dc.contributor.authorMathias, Samir Leite
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/6213405782757403
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0003-0523-9566
dc.contributor.refereeDragunski, Douglas Cardoso
dc.contributor.refereeFakhouri, Farayde Matta
dc.contributor.refereeDelezuk, Jorge Augusto de Moura
dc.contributor.refereeOliveira, Gean Henrique Marcatto de
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0612112281360342
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5929693866996351
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/0626530760941869
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2892871093566684
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-7870-097X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-7031-3366
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0009-0000-2254-340X
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-4403-3643
dc.date.accessioned2026-04-30T19:09:19Z
dc.date.issued2026-03-31
dc.description.abstractThe increasing presence of organic contaminants in aquatic environments has stimulated significant interest in the development of new adsorbent materials capable of efficiently removing these compounds from water. Among the materials investigated for this purpose, chitosan stands out as a promising biopolymer due to its abundance, biodegradability, and the presence of reactive functional groups along its polymeric backbone. However, the adsorption performance of chitosan can be significantly enhanced through chemical modifications that alter its structure and surface properties. In this context, the aim of this project was to develop functionalized chitosan derivatives through nucleophilic vinylic substitution reactions using alkoxymethylene derivatives bearing different substituent groups, and to investigate how the electronic nature and density of these functional groups influence the adsorption performance of the material. Initially, chitosan was modified using (Ethoxymethylene)malononitrile, allowing the establishment of suitable reaction conditions for polymer functionalization through the formation of conjugated enamine structures, achieving a degree of substitution of up to 0.91. Subsequently, new chitosan derivatives were synthesized using Diethylethoxymethylenemalonate and Ethyl 2-cyano-3-ethoxyacrylate (Ethyl (ethoxymethylene)cyanoacetate), introducing diester and ester–nitrile groups, respectively. For these systems, reaction conditions were optimized using a design of experiments approach in order to maximize the degree of polymer functionalization. The obtained materials were characterized by different analytical techniques to evaluate the structural and physicochemical modifications resulting from the introduction of these functional groups. The adsorption performance of the synthesized derivatives was evaluated for the removal of model organic contaminants from aqueous solutions, including the dye crystal violet and the pharmaceutical compound diclofenac. The results demonstrated that chemical modification of chitosan significantly altered the surface properties of the material, directly influencing its adsorption capacity. An increase in the density of functional groups along the polymer chain led to enhanced affinity between the adsorbent material and the investigated contaminants, reaching a maximum adsorption capacity on the order of 219 mg.g-1 for diclofenac and 383 mg.g-1 for violet crystal. Overall, the results obtained in this thesis demonstrate that the chemical modification of chitosan through nucleophilic vinylic substitution reactions represents an efficient strategy for the development of new biopolymer-based adsorbent materials. In addition to improving the adsorption performance of chitosan, this synthetic approach also opens new perspectives for the development of functional polymeric materials with tunable properties for environmental applications.eng
dc.description.resumoA presença crescente de contaminantes orgânicos em ambientes aquáticos tem despertado grande interesse no desenvolvimento de novos materiais adsorventes capazes de remover esses compostos de forma eficiente. Entre os materiais investigados para essa finalidade, a quitosana destaca-se como um biopolímero promissor devido à sua abundância, biodegradabilidade e presença de grupos funcionais reativos ao longo de sua cadeia polimérica. No entanto, as propriedades adsorptivas da quitosana podem ser significativamente ampliadas por meio de modificações químicas que permitam alterar sua estrutura e propriedades de superfície. Nesse contexto, este projeto teve como objetivo desenvolver derivados funcionalizados de quitosana por meio de reações de substituição nucleofílica vinílica utilizando derivados alcoximetilênicos contendo diferentes grupos substituintes e investigar a influência da natureza eletrônica e da densidade desses grupos funcionais sobre o desempenho adsorptivo do material. Inicialmente, foi investigada a modificação da quitosana utilizando Etoximetilenomalononitrila, permitindo estabelecer as condições reacionais para a funcionalização do polímero por meio da formação de estruturas enaminas conjugadas, alcançando grau de substituição de até 0,91. Posteriormente, novos derivados de quitosana foram sintetizados utilizando Dietiletoximetilenomalonato e Etil 2-ciano-3-etoxiacrilato (Etil (etoximetileno)cianoacetato), contendo grupos diéster e éster-nitrila, respectivamente. Para esses sistemas, as condições de reação foram otimizadas por meio de planejamento experimental, visando maximizar o grau de funcionalização do polímero. Os materiais obtidos foram caracterizados por diferentes técnicas, permitindo avaliar as modificações estruturais e físico-químicas decorrentes da introdução dos grupos funcionais. O desempenho adsorptivo dos derivados sintetizados foi investigado na remoção de contaminantes orgânicos modelo em solução aquosa, incluindo o corante cristal violeta e o fármaco diclofenaco. Os resultados demonstraram que a modificação química da quitosana promoveu alterações significativas nas propriedades de superfície do material, influenciando diretamente sua capacidade de adsorção. Observou-se que o aumento da densidade de grupos funcionais ao longo da cadeia polimérica contribuiu para o aumento da afinidade entre o material adsorvente e os contaminantes estudados, atingindo capacidade máxima de adsorção da ordem de 219 mg.g-1 para diclofenaco e 383 mg.g-1 para cristal violeta. De maneira geral, os resultados desta tese demonstram que a modificação da quitosana por meio de reações de substituição nucleofílica vinílica constitui uma estratégia eficiente para o desenvolvimento de novos materiais adsorventes baseados em biopolímeros. Além de ampliar o desempenho adsorptivo da quitosana, essa abordagem sintética também abre novas perspectivas para o desenvolvimento de materiais poliméricos funcionalizados com propriedades ajustáveis para diferentes aplicações ambientais.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId001
dc.identifier.citationMATHIAS, Samir Leite. Modificação química de quitosana com etoximetilenos: otimização reacional, caracterização e aplicação na adsorção de cristal violeta e diclofenaco. 2026. Tese (Doutorado em Ciência dos Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24040.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24040
dc.language.isoporpor
dc.language.isoengeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus Sorocaba
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1002/pi.6479
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143500
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2025.106167
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectQuitosanapor
dc.subjectModificação químicapor
dc.subjectSubstituição nucleofílica vinílicapor
dc.subjectAdsorçãopor
dc.subjectContaminantes orgânicospor
dc.subjectAdição-eliminação conjugadapor
dc.subjectChitosaneng
dc.subjectChemical modificationeng
dc.subjectNucleophilic vinylic substitutioneng
dc.subjectAdsorptioneng
dc.subjectOrganic contaminantseng
dc.subjectAddition-elimination reactioneng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOES
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.ods6. Água Potável e Saneamento
dc.titleModificação química de quitosana com etoximetilenos: otimização reacional, caracterização e aplicação na adsorção de cristal violeta e diclofenacopor
dc.title.alternativeChemical modification of chitosan with ethoxymethylenes: reaction optimization, characterization and application in the adsorption of crystal violet and diclofenac.eng
dc.typeTese

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