UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁPRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

DIRETORIA DE PESQUISA

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA – PIBIC: CNPq, CNPq/AF, UFPA, UFPA/AF, PIBIC/INTERIOR, PARD, PIAD, PIBIT, PADRC E FAPESPA

RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO

Período: janeiro/2015 a agosto/2015 ( ) PARCIAL(x) FINAL

IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO

Título do Projeto de Pesquisa: Estudo de Materiais Mesoporosos e Suas Aplicações

Nome do Orientador: Carlos Emmerson Ferreira da Costa

Titulação do Orientador: Doutor

Faculdade: Faculdade de química

Instituto/Núcleo: instituto de ciências exatas e naturais

Laboratório: Laboratório de catálise e oleoquímica

Título do Plano de Trabalho: Aplicação de materiais mesoporosos na liberação controlada de fármaco

Nome do Bolsista: Carla Rafaela Fonseca da Silva

Tipo de Bolsa: (x) PIBIC/ CNPq ( ) PIBIC/CNPq – AF

( ) PIBIC /CNPq- Cota do pesquisador( ) PIBIC/UFPA( ) PIBIC/UFPA – AF( ) PIBIC/ INTERIOR( ) PIBIC/PARD( ) PIBIC/PADRC( ) PIBIC/FAPESPA( ) PIBIC/ PIAD( ) PIBIC/PIBIT

RESUMO

Materiais mesoporosos apresentam um grande potencial farmacológico, devido sua

grande área superficial e poros com grande volume. Entre esses materiais mesoporosos,

existe o MCM-41 apresentando poros com fase hexagonal, com grandes volumes e área

superficial alta, possuindo grandes benefícios terapêutico devido sua elevada capacidade

de adsorção. Assim possuindo as características dos materiais mesoporosos. Que foi

sintetizado a partir do caulim como fonte de sílica e alumínio e também através de uma

segunda fonte de sílica, o tetraetilortosilicato (TEOS), através do método hidrotermal. Este

trabalho teve como objetivo o estudo de avaliar as propriedades e o comportamento das

seguintes amostras, MCM-41-MC1 e MCM-41-MC1+TEOS, para adsorção do ibuprofeno,

mostrando a eficiencia terapêutica do ibuprofeno incorporado ao material. Observou-se

que o excesso de sílica proporciona ao material, uma diminuição da área superficial

específica e o volume dos poros reduzindo a capacidade de adsorção dos materiais em

relação ao ibuprofeno. Porém as amostras apresentaram uma adsorção bem sucedida,

indicando que os mesmo tem um alto potencial para um agente corretor de fármacos.

INTRODUÇÃO 

     Em 1992, pesquisadores da Mobil Oil Corporation anunciaram a descoberta de uma

nova classe de materiais mesoporosos [1], denominada como família M41S. Estes

materiais são compostos por silicato e aluminosilicato e podem ser obtidos durante

o tratamento hidrotérmico, utilizando-se surfactantes supramoleculares como agentes

direcionadores, dependendo das condições em que a síntese foi realizada e do material

empregado (matéria prima fornecedora de sílica) diferentes tipos de óxidos de sílica podem

ser obtidos. 

     Os materiais mesoporosos resultantes da família M41S são ainda classificados de

acordo com os tipos de poros onde os mesmos, apresentam três tipos de fases: a fase

hexagonal (MCM-41) [2], a fase cúbica (MCM-48) [3] e a fase lamelar (MCM-50) que é

constituído por uma fase instável [2]. Cada um desses materiais possui características

estruturais não habituais, são elas: áreas superficiais extremamente altas (maiores que

800m2/g), diâmetro de poros bem definidos, e um ordenamento de poros de longo

alcance.  

    Essa descoberta foi de grande importância, pois os únicos conhecidos eram as zeólitas,

materiais microporosos que apresentavam excelentes propriedades catalíticas e elevada

estabilidade térmica[4]  

   Com a descoberta da família M41S, novos sólidos mesoporosos tem sido sintetizados,

expandindo significativamente seus potenciais de aplicação nos mais diversos campos [5]. 

Estes materiais tornaram-se alvo de grande interesse em diversas áreas do

conhecimento, devido as suas propriedades estruturais. Recentemente tem-se conseguido

grande progresso na síntese desses materiais empregando-se os mais diversos métodos

de sínteses, e isso os levaram a serem intensamente estudados para serem empregados

em diversas finalidades tais como: catalisadores[6], adsorventes, ácidos em processos

petroquímicos, suportes para heteropoliácidos, suporte para catalisadores, catalise redox

em fase liquida e como dispositivos carregadores para liberação

controlada de fármacos[7]. 

O objetivo desse trabalho é sintetizar MCM-41 a temperatura hidrotérmica, utilizando o

caulim como uma fonte alternativa de sílica, surfactante - como agente direcionador,

hidróxido de sódio e água e caracterizar através das técnicas de Raio-X, adsorção-

dessorção e espectroscopia de infravermelho, com a intenção de possibilitar uma síntese

de baixo custo afim de substituir catalisadores básicos ou ácidos homogêneos que

facilitam a separação do produto do catalisador e diminuindo a produção de rejeitos,

resultando em processos mais econômicos e ecologicamente corretos, e também avaliar

as propriedades desses dispositivos para a liberação controlada de fármacos utilizando

o ibuprofeno como modelo. 

 JUSTIFICATIVA  

           Atualmente o desenvolvimento de materiais porosos com larga área superficial é

uma extensa área de pesquisa, particularmente, por causa de suas potencias aplicações

em adsorção, cromatografia, catálises, sensores e armazenamento de gás. Segundo os

critérios estabelecidos pela IUPAC, materiais porosos podem ser classificados de acordo

como tamanho do poro (diâmetro), em três categoriais: microporos (<2nm), mesoporos (2-

50 nm) e macroporos (> 50 nm) [8].

           Entre os mais conhecidos materiais mesoporosos ordenados incluem os sólidos de

silício MCM-41(arranjo de mesoporos hexagonal), MCM-48 (arranjo de mesoporos cúbico)

e MCM-50 (estrutura lamelar). O uso de agregados supramolecular como agente

direcionador de estrutura, como por exemplo, surfactante, representou o grande avanço no

campo da síntese implantado por cientistas de tal grupo. 

           A necessidade de desenvolver técnicas que tragam conforto e comodidade a

pacientes que necessitem receber medicação controlada implica na importância desse

trabalho pois a mesma ira possibilitar a aplicação controlada de um determinado fármaco

sem que aja a necessidade de se fazer inúmeras dosagens do mesmo. 

 

OBJETIVOS   

Utilização do caulim amazônico como fonte de sílica para síntese de MCM-41-MC1

e MCM-41-MC1+TEOS.

Caracterizar estruturalmente e morfologicamente os materiais obtidos. 

 

Avaliação da adsorção dos materiais mesoporosos, MCM-41-MC1 e MCM-41-

MC1+TEOS 

 

 

OBJETIVO GERAL 

Sintetizar o MCM-41 e MCM-41+TEOS utilizando o caulim Amazônico como fonte de silício

e avaliar o comportamento dos materiais na adsorção do fármaco ibuprofeno.

MATERIAIS E MÉTODOS 

 

Processo de obtenção do metacaulim ativado 

A princípio o caulim foi ativado a uma temperatura alta por um período de 5 horas

para obtenção do metacaulim foi submetida a tratamento ácido, com uma solução de ácido

sulfúrico a uma temperatura de 100ºC com agitação constante por um período de 1 hora.

Após uma hora de tratamento o material foi filtrado à vácuo, ainda quente e lavado com

uma solução de ácido sulfúrico Com menor concentração e seco em estufa; 

Após isso, as amostras foram levadas para análise da área superficial, onde

permaneceram em tratamento térmico a 200°C. Em seguida, as amostras foram levadas

para análise em atmosfera de nitrogênio, onde se determinou a área superficial, volume e

diâmetro de poro das amostras, estas foram conduzidas para a determinação da

composição química (EDX), na forma de óxido. 

 

Síntese do MCM-41 e MCM-41+TEOS

As amostras foram obtidas pelo método hidrotermal, seguido de tratamento térmico.

Utilizou-se na síntese microporos de sílica obtidos a partir de caulim Amazônico. 

      Os reagentes utilizados para a síntese do MCM-41-MC1 e MCM-41-MC1+TEOS,

foram: NaOH, agua deionizada, fonte de sílica (metacaulim ativado e tetraetilortosilicato), e

brometo de hexadeciltrimetilamônio. Os reagentes foram misturados em um balão de fundo

redondo de 250 ml, e agitados por 24h a temperatura ambiente, depois de agitada as

amostras foram envelhecidas por 24h, e em seguida colocadas em uma autoclave e

levadas para estufa, após isso o material obtido, foi filtrado, e lavado com água deionizada,

e logo depois o mesmo foi levado para a estufa. 

          As amostras obtidas foram calcinadas em um forno tubular em que o material foi

aquecido a 550°C por 6 horas sendo 2 horas em nitrogênio e 4 horas em Ar, para retirada

do surfactante. Feitos todos os procedimentos acima o material obtido foi levado para as

caracterizações.  

 

Caracterização Estrutural e Morfologicamente

Caracterização Estrutural

Espectroscopia por energia dispersiva de raios-X (EDX)

A determinação da composição química dos materiais foi realizada em um espectrômetro

Shimadzu NY Ray EDX-700 com um tubo de ródio como fonte de raios-X. A análise foi

realizada sob atmosfera de nitrogênio, utilizando o método do pó, e o resultado expresso

em porcentagem de óxido de silício, alumínio, enxofre e oxido de titânio.

Difração de raio-x

Foi usada a técnica da difração de raio-x (DRX) para obtermos informações sobre a

forma cristalográfica e os parâmetros da célula unitária. Utilizou-se para tal ânodo de cobre

e 2θ variando de 1,5° a 40°. As análises foram realizadas em um Difratômetro PHILIPS

modelo PW-3710. As amostras foram analisadas pelo método do pó.

Caracterização Morfológica

BET

Determinações de área superficial específica foram realizadas através do método

Brunauer – Emmett – Teller (BET). As medidas de volume total de poros e diâmetro de

poros foram determinadas pelo método Barrett – Joyner – Halenda (BJH), a partir das

isotermas de adsorção / dessorção de nitrogênio líquido. Ambas as análises realizadas no

analisador QUANTACHROME modelo NOVA 1200. Para cada análise, as amostras foram

submetidas a um pré-tratamento a 300°C.

Estudo da adsorção do ibuprofeno

O MCM-41-MC1 e MCM-41-MC1+TEOS foram aquecidos a 120°C por 4 horas para a

desobstrução dos poros, em seguida o material foi adsorvido em uma solução de

ibuprofeno/hexano de 33mg/ml sob agitação, após isso o material foi filtrado e o liquido

levado ao UV num comprimento de onda de 273 nm.

X% = Co – Cf x 100Co

Quantificação por ultravioleta (UV)

As quantificações das soluções resultantes da adsorção foram feitas num UV Visible

Spectrophotometer num comprimento de onda 273 nm e o resultado obtido da adsorção foi

determinado pela seguinte equação:

C0 = concentração inicial

Cf = concentração final

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Tabela 1. Resultado da análise elementar das amostras.

Amostras SiO2% SO3% Al2O3% TiO2%Caulim 48.38 0.23 49.11 0.91

Metacaulim 47.00 0.13 50.8 0.82

Metacaulim ativado(MC1)

86.20 9.00 3.25 1.61

A reação química do Ácido Sulfúrico reagindo com Óxido de Alumínio, formando água

mais Sulfato de Alumínio: H2SO4 + 1/3 Al2O3 1/3 Al2(SO4)3 + H2O

Com base na tabela 1 e na equação química, observou-se que a amostra Metacaulim

ativado teve um aumento significativo na quantidade de SiO2 em comparação com o

caulim. O decréscimo na quantidade de Al2O3 deve-se a interação do alumínio com o ácido

sulfúrico, em que o Óxido de alumínio sofreu uma desaluminação durante a ativação, isso

ocorreu justamente pelo processo de lixiviação seletiva do Al+3. Através dessa lixiviação

algumas impurezas do material são diminuídas com exceção do T iO2

Os difratogramas das amostras podem ser visualizados na figura 2.

(a) (b)

Figura 2- (a) MCM-41-MC1Calcinado (b) MCM-41-MC1Adsorvido

Os difratogramas das amostras calcinadas e adsorvidas obtidos pelo método do pó exibem

três picos bem definidos que correspondem a uma estrutura hexagonal. O pico indexado

ao ângulo de Bragg (100) com uma alta intensidade característico de materiais

mesoporosos e os picos (200, 210) também com uma alta intensidade. A (a) representa o

difratograma das amostras calcinadas, este padrão indica que a amostra apresenta uma

estrutura hexagonal plana bem ordenada característico da MCM-41, (b) tivemos a

adsorção do ibuprofeno nos poros do material, possibilitando o desaparecimento de alguns

picos.

O parâmetro de célula unitária (a0) foi calculado utilizando a equação a0= 2.d100/√3

onde d100 é o valor da distância interplanar com índice de miller igual 100 como pode ser

visualizado na tabela 2.

Tabela 2. Parâmetros obtidos por difração de raio-x

Amostras d100(A) ao(A)MCM-41calcinado 39,3650 45,4547

MCM-41adsorvido 43,5701 50,3104

MCM-41+TEOScalcinado 40,3908 46,6392

MCM-41+TEOSadsorvido 49,7203 57,4120

Através da análise para a determinação de área superficial, volume de poro e diâmetro

de poro (BET), observou que os materiais utilizados na síntese do MCM-41 apresentaram

isotermas do tipo IV, com a caraterística da histerese, associada a formação do fenômeno

de condensação capilar que ocorre nos mesoporos, como visualizado na figura 3.

Figura 3- Isoterma de adsorção de N2

Observou-se um aumento nas áreas superficiais dos materiais, caulim, metacaulim,

MC1, tratados com ácido, ilustrado na tabela abaixo.

Tabela 3. Resultados das propriedades textuais das amostras da adsorção de N2.

Amostras Área BET (m2/g) Diâmetro de poros (A)

Volume BJH (cc/g)

Caulim 8.32 24.40 0.047

Metacaulim 8.42 30.56 0.054

Metacaulim ativado (MC1)

68.97 16.81 0.075

MCM-41-MC1calcinado

920.4 35.75 1.008

MCM-41-MC1+TEOScalcinado

890.9 34.46 0.453

MCM-41-MC1adsorvido

197.5 34.64 0.07

MCM-41-MC1+TEOSadsorvido

159.7 33.27 0.04

A tabela 3 ilustra que o volume de poros apresentou um pequeno aumento na amostra

MCM-41-MC1 calcinado, em comparação a amostra MCM-41-MC1+TEOS calcinado, o

que é de grande importância, já que quanto maior for o volume de poros do material, logo

poderá ser melhor o rendimento da adsorção do ibuprofeno em analises futuras. O

diâmetro de poros teve uma queda significante entre essas duas amostras, ao contrário do

que foi observado na área superficial que apresentou uma diminuição na amostra MCM-

41-MC1-TEOS calcinado em comparação a amostra MCM-41-MC1 calcinado.

No processo de adsorção do ibuprofeno, a amostra MCM-41-MC1+TEOS adsorvido

obteve uma redução na área superficial em relação a amostra MCM-41-MC1 adsorvido

após o processo de adsorção do ibuprofeno o que indica que o material se consta presente

nos poros do mesmo.

(a) (b)o MCM-41-MC1adsorvido MCM-41-MC1-TEOSasdorvido

MCM-41-MC1calcinado MCM-41-MC1-TEOScalcinado

Figura 5- Isoterma de adsorção de N2 do (a) MCM-41-MC1 e (b) MCM-41-MC1+TEOS

O material sintetizado, MCM-41, também apresentou uma isoterma do tipo IV, que é uma

isoterma característica dos materiais mesoporosos como mostrado na figura 5.

Os gráficos das isotermas acima mostra que as amostras de MCM-41 calcinadas

apresentam uma maior tendência a adsorção em pressões relativas intermediarias (P/Po =

0,2-0,5), indicando a presença de mesoporos com diâmetro uniforme. Tal fenômeno não foi

observado pelas amostras adsorvidas devido aos poros encontrarem-se preenchidos por

ibuprofeno diminuindo o volume disponível para a adsorção do gás.

Pela análise ultravioleta observa-se a diminuição das concentrações das soluções,

mostrado na tabela 4, comprovando que o ibuprofeno foi adsorvido e encontra-se presente

nos poros do MCM-41-MC1 e MCM-41-MC1-TEOS, tendo uma diferença entra o

percentual adsorvido de ibuprofeno nas amostras devido ao fato de que o volume e o

diâmetro de poros da amostra MCM-41-MC1+TEOS são menores que o da amostra de

MCM-41-MC1.

Figura 1 – Curva de Calibração usada no Ultravioleta

Tabela 4. Resultados obtidos pela espectrofotometria de UV da adsorção.

Amostras C da solução antes da solução (mg/L)

C da solução após a adsorção (mg/L)

%

MCM-41-MC1 325,4 223,16 31,4

MCM-41-MC1+TEOS

329,8 231,48 29,8

Observou-se que as amostras são excelentes adsorventes, porém o MCM-41-MC1+TEOS

apresentou uma área especifica menor quando comparada a MCM-41-MC1.

ATIVIDADE A SER DESENVOLVIDA

CONCLUSÃO:

O Al-MCM-41 foi obtido com sucesso utilizando a caulinita como fonte de sílica e

alumínio, o material apresentou elevada área superficial e um aumento no volume de poros

e todas as outras propriedades características dos materiais mesoporosos, sendo que as

amostras apresentaram-se excelentes adsorventes do fármaco ibuprofeno, com o MCM-

41MC1 com 31,4% e MCM-41-MC1-TEOS com 29,8%.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Kresge, C.T., et al., ORDERED MESOPOROUS MOLECULAR-SIEVES SYNTHESIZED BY A LIQUID-CRYSTAL TEMPLATE MECHANISM. Nature, 1992. 359(6397): p. 710-712.

2. Vartuli, J.C., et al., DEVELOPMENT OF A FORMATION MECHANISM FOR M41S MATERIALS. Zeolites and Related Microporous Materials: State of the Art 1994, ed. J. Weitkamp, et al. Vol. 84. 1994, Amsterdam: Elsevier Science Publ B V. 53-60.

3. Alfredsson, V., et al., Cubosome description of the inorganic mesoporous structure MCM-48. Chemistry of Materials, 1997. 9(10): p. 2066-2070.

4. Ciesla, U. and F. Schuth, Ordered mesoporous materials. Microporous and Mesoporous Materials, 1999. 27(2-3): p. 131-149.

5. Zhao, D.Y., et al., Nonionic triblock and star diblock copolymer and oligomeric surfactant syntheses of highly ordered, hydrothermally stable, mesoporous silica structures. Journal of the American Chemical Society, 1998. 120(24): p. 6024-6036.

6. Taguchi, A. and F. Schuth, Ordered mesoporous materials in catalysis. Microporous and Mesoporous Materials, 2005. 77(1): p. 1-45.

7. Vallet-Regi, M., et al., A new property of MCM-41: Drug delivery system. Chemistry of Materials, 2001. 13(2): p. 308-311.

DIFICULDADES

Obtive dificuldade na face da liberação controlada de drogas por motivos de não ter alguns

reagentes especifico para a solução de SBF, que simula o plasma sanguíneo. Não

podendo ser realizada.

PARECER DO ORIENTADOR: Manifestação do orientador sobre o desenvolvimento das atividades do aluno e justificativa do pedido de renovação, se for o caso.

DATA: ______/_________/________

_________________________________________ASSINATURA DO ORIENTADOR

____________________________________________ASSINATURA DO ALUNO

INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Em caso de aluno concluinte, informar o destino do mesmo após a graduação. Informar também em caso de alunos que seguem para pós-graduação, o nome do curso e da instituição.

FICHA DE AVALIAÇÃO DE RELATÓRIO DE BOLSA DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

O AVALIADOR DEVE COMENTAR, DE FORMA RESUMIDA, OS SEGUINTES ASPECTOS DO RELATÓRIO :

1. O projeto vem se desenvolvendo segundo a proposta aprovada? Se ocorreram mudanças significativas, elas foram justificadas?

2. A metodologia está de acordo com o Plano de Trabalho ?

3. Os resultados obtidos até o presente são relevantes e estão de acordo com os objetivos propostos?

4. O plano de atividades originou publicações com a participação do bolsista? Comentar sobre a qualidade e a quantidade da publicação. Caso não tenha sido gerada nenhuma, os resultados obtidos são recomendados para publicação? Em que tipo de veículo?

5. Comente outros aspectos que considera relevantes no relatório

6. Parecer Final: Aprovado ( )

Aprovado com restrições ( ) (especificar se são mandatórias ou recomendações)Reprovado ( )

7. Qualidade do relatório apresentado: (nota 0 a 5) _____________Atribuir conceito ao relatório do bolsista considerando a proposta de plano, o desenvolvimento das atividades, os resultados obtidos e a apresentação do relatório.

Data : _____/____/_____.

________________________________________________Assinatura do(a) Avaliador(a)