Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Instituto de Química Campus Araraquara - SP Programa de Pós-graduação em Química Departamento de Química Analítica João Carlos de Souza Desenvolvimento de sensores eletroanalíticos e métodos cromatográficos para avaliação das reações de oxidação, mutagenicidade/toxicidade e determinação de p-toluenodiamina e p-aminofenol em águas residuárias mimetizando processos de tintura de cabelos Orientadora: Profª. Drª. Maria Valnice Boldrin Zanoni Araraquara - SP 2020 Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Instituto de Química Campus Araraquara - SP Programa de Pós-graduação em Química Departamento de Química Analítica João Carlos de Souza Desenvolvimento de sensores eletroanalíticos e métodos cromatográficos para avaliação das reações de oxidação, mutagenicidade/toxicidade e determinação de p-toluenodiamina e p-aminofenol em águas residuárias mimetizando processos de tintura de cabelos Tese apresentada ao Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Química. Orientadora: Profª. Drª. Maria Valnice Boldrin Zanoni Araraquara - SP 2020 João Carlos de Souza Doutorado em Química 3 Dedico esse pequeno trabalho de esforço pessoal e comprometimento de minha melhora intelectual e pessoal, a todos que proporcionaram, de forma direta e indiretamente, a execução deste trabalho. João Carlos de Souza Doutorado em Química 4 Dados curriculares 1. Dados pessoais Nome: João Carlos de Souza Nacionalidade: Brasileira Nascimento: 23/10/1985 – Uberlândia – Minas Gerais - Brasil Endereço profissional: Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP Instituto de Química de Araraquara - IQAr Departamento de Química Analítica - DQA Grupo de Eletroanalítica de Araraquara - GEAr Rua Professor Francisco Degni, n° 55 Bairro Jardim Quitandinha - 14800-900 Araraquara - São Paulo - Brasil Telefone: (16) 3301-9519 Endereço eletrônico: souza_jc33@yahoo.com.br 2. Formação acadêmica / Titulação 2.1. Graduação Bacharelado em Química com Atribuições Tecnológicas Universidade Federal de Uberlândia – UFU Uberlândia – Minas Gerais – Brasil Período: Agosto 2004 - Dezembro 2009 Título: “Estudo da determinação de íons cobre(II) em cachaça com 1-(2-piridilazo)-2-naftol e empregando a mistura homogênea dos solventes água – etanol – metilisobutilcetona.” Orientador: Prof. Dr. Sebastião de Paula Eiras 2.2. Pós-graduação Doutorado em Química Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP - Instituto de Química Araraquara – São Paulo – Brasil Período: Agosto 2015 – Março 2020 Título: “Desenvolvimento de sensores eletroanalíticos e métodos cromatográficos para avaliação das reações de oxidação, mutagenicidade/toxicidade e determinação de p- João Carlos de Souza Doutorado em Química 5 toluenodiamina e p-aminofenol em águas residuárias mimetizando processos de tintura de cabelos.” Orientadora: Profª. Drª. Maria Valnice Boldrin Zanoni Estágio de Pesquisa no Exterior – Doutorado Sanduíche Universidade de Coimbra – Faculdade de Ciências e Tecnologia – Departamento de Química Coimbra – Portugal Período: Novembro 2018 – Setembro 2019 Título: “Estudo do comportamento eletroquímico da queratina e sua interação com p- toluenodiamina e p-aminofenol e seus produtos de oxidação mimetizando reações de tintura permanente de cabelo.” Orientadora/Supervisora: Profª. Drª. Ana Maria Coelho Ferreira de Oliveira Brett Mestrado em Química Analítica Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP - Instituto de Química Araraquara – São Paulo – Brasil Período: Agosto 2013 - Junho de 2015 Título: “Determinação íons cobre(II) em aguardente de cana–de–açúcar utilizando a combinação spot test - espectroscopia de reflectância difusa.” Orientador: Prof. Dr. Leonardo Pezza Coorientadora: Profª. Drª. Helena Redigolo Pezza 2.3. Formação complementar 2017 - Técnicas analíticas em matrizes ambientais. (Carga horária: 8 horas). Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR. Curitiba – PR – Brasil. 2016 - HPLC - GC - Preparação de amostra. (Carga horária: 8 horas). Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho - UNESP. Araraquara – SP – Brasil 2016 - Análise de risco ambiental. (Carga horária: 3 horas). Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC. Florianópolis – SC – Brasil 2012 - Monitoramento do processo magistral. (Carga horária: 3 horas). Instituto de Pesquisa Tecnológica e Controle de Qualidade - INTECQ. São José do Rio Preto – SP – Brasil. João Carlos de Souza Doutorado em Química 6 2011 - Operação do HPLC isocrático JASCO PU 980. (Carga horária: 2 horas). Instituto de Pesquisa Tecnológica e Controle de Qualidade - INTECQ. São José do Rio Preto – SP – Brasil. 2011 - Armazenamento de dados pelo sistema Baseline N2000. (Carga horária: 2 horas). Instituto de Pesquisa Tecnológica e Controle de Qualidade - INTECQ. São José do Rio Preto – SP – Brasil. 2009 - Introdução à validação de métodos e ensaios químicos. (Carga horária: 21 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2008 - Química forense. (Carga horária: 3 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2008 – Quimiometria - análise multivariada de dados químicos. (Carga horária: 40 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2007 - Química analítica forense. (Carga horária: 6 horas). Universidade Federal da Paraíba – UFPB. João Pessoa – PB – Brasil. 2007 - Agrotóxicos: Destinação final de embalagens vazias. (Carga horária: 6 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2007 - Produção de açúcar e álcool. (Carga horária: 20 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2006 - Biossegurança. (Carga horária: 6 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2006 - Cinética química. (Carga horária: 6 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. 2005 - Composição química do café. (Carga horária: 6 horas). Universidade Federal de Uberlândia - UFU. Uberlândia – MG – Brasil. João Carlos de Souza Doutorado em Química 7 3. Artigos publicados SOUZA, J. C.; MACHINI, W. B. S.; ZANONI, M. V. B.; BRETT, A. M. O. Human hair keratin direct electrochemistry and in situ interaction with p-toluenediamine and p- aminophenol hair dye precursors using a keratin electrochemical biosensor. ChemElectroChem, v. 7, p. 1277-1285, 2020. SOUZA, J. C.; SILVA, B. F.; MORALES, D. A.; UMBUZEIRO, G. A.; ZANONI, M. V. B. Assessment of p-aminophenol oxidation by simulating the process of hair dyeing and occurrence in hair salon wastewater and drinking water from treatment plant. Journal of Hazardous Materials, v. 387, 122000, 2020. SOUZA, J. C.; ZANONI, M. V. B.; BRETT, A. M. O. Genotoxic permanent hair dye precursors p-aminophenol and p-toluenediamine electrochemical oxidation mechanisms and evaluation in biological fluids. Journal of Electroanalytical Chemistry, v. 857, 113509, 2020. SOUZA, J. C.; SILVA, B. F.; MORALES, D. A.; UMBUZEIRO, G. A.; ZANONI, M. V. B. Assessment of the autoxidation mechanism of p-toluenediamine by air and hydrogen peroxide and determination of mutagenic environmental contaminant in beauty salon effluent. Science of The Total Environment, v. 685, p. 911-922, 2019. SOUZA, J. C.; SILVA, J. L.; FABRÃO, R. M.; STRADIOTTO, N. R.; ZANONI, M. V. B. Electroactive sugars, organic acids and sugar alcohol analysis in wine using anon-exchange chromatography with electrochemical detection. Microchemical Journal, v. 1, n. 1, p. 972- 978, 2019. BESSEGATO, G. G.; SOUZA, J. C.; CARDOSO, J. C.; ZANONI, M. V. B. Assessment of several advanced oxidation processes applied in the treatment of environmental concern constituents from a real hair dye wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering, v. 6, n. 1, p. 2794-2802, 2018. HUDARI, F. F.; SOUZA, J. C.; ZANONI, M. V. B. Adsorptive stripping voltammetry for simultaneous determination of hydrochlorothiazide and triamterene in hemodialysis samples using a multi-walled carbon nanotube-modified glassy carbon electrode. Talanta, v. 179, n. 1, p. 652-657, 2017. http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 João Carlos de Souza Doutorado em Química 8 MOREIRA, L. F. P. P.; BELUOMINI, M. A.; SOUZA, J. C.; STRADIOTTO, N. R. Study of the electrochemical behavior of biodiesel microemulsion. Electroanalysis, v. 29, n. 1, p. 1941- 1949, 2017. SOUZA, J. C.; TOCI, A. T.; BELUOMINI, M. A.; EIRAS, S. P. Determination of copper in sugarcane spirit by flame atomic absorption spectrometry using a ternary solvent mixture (water-ethanol-acetone). Eclética Química Journal, v. 42, n. 1, p. 33-39, 2017. SOUZA, J. C.; PEZZA, H. R.; PEZZA, L. A simple and green analytical method for determination of copper(II) in whisky and sugarcane spirit by diffuse reflectance spectroscopy. Analytical Methods, v. 8, n. 1, p. 1867-1875, 2016. SOUZA, J. C.; TOCI, A. T.; BELUOMINI, M. A.; EIRAS, S. P. Spectrophotometric determination of copper(II) in sugarcane spirit using 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol and a homogeneous ternary mixture of the solvents water, ethanol and methyl isobutyl ketone. Revista Virtual de Química, v. 8, n. 3, p. 687-701, 2016. 4. Capítulos de livros publicados SILVA, B. F.; SOUZA, J. C.; ZANONI, M. V. B. Cromatografia aplicada na análise de corantes. In: Maria Valnice Boldrin Zanoni; Hideko Yamanaka. (Orgs.). Corantes: caracterização química, toxicológica, métodos de detecção e tratamento. 1ed. São Paulo: Editora Unesp, 2016, v. 1, cap. 11, p. 179-197. 5. Resumos expandidos publicados em anais de congressos SOUZA, J. C.; ROSSINI, E. L.; PEZZA, H. R.; PEZZA, L. Estudos de interferentes na determinação de íons cobre(II) em aguardente de cana-de-açúcar utilizando a combinação spot test - espectroscopia de reflectância difusa. In: 55º Congresso Brasileiro de Química, 2015, Goiânia - GO. SOUZA, J. C.; TOCI, A. T.; PEZZA, H. R.; PEZZA, L. Otimização das variáveis para construção de um método analítico mais limpo na determinação de íons cobre(II) em aguardente de cana por spot test - reflectância difusa. In: 54º Congresso Brasileiro de Química, 2014, Natal - RN. João Carlos de Souza Doutorado em Química 9 SOUZA, J. C.; BORGES, C. H. R.; LIMA, M. A. O.; EIRAS, S. P. Complexação de Cu2+ com PAN no sistema água - etanol - MIC para determinação do íon em cachaça. In: XLVIII Congresso Brasileiro de Química, 2008, Rio de Janeiro - RJ. LIMA, M. A. O.; ALMEIDA, E. S.; SOUZA, J. C.; EIRAS, S. P. Estudo da complexação de íons Co2+ com 2-TTA em mistura homogênea de água - etanol - clorofórmio. In: XLVIII Congresso Brasileiro de Química, 2008, Rio de Janeiro - RJ. BORGES, C. H. R.; ALMEIDA, E. S.; SOUZA, J. C.; IAMAMOTO, M. S.; EIRAS, S. P. Influência da massa de sílica funcionalizada com PAR e das vazões de percolação da amostra e do eluente na extração sólido - líquido de Mn2+. In: XLVIII Congresso Brasileiro de Química, 2008, Rio de Janeiro - RJ. 3. Resumos publicados em anais de congressos SOUZA. J. C.; ZANONI, M. V. B.; BRETT, A. M. O. Electrochemical oxidation mechanism of the hair dye reagent p-aminophenol at a glassy carbon electrode. In: 47th IUPAC World Chemistry Congress, 2019, Paris – França. SOUZA. J. C.; ZANONI, M. V. B.; BRETT, A. M. O. Electrochemical oxidation mechanism of the hair dye reagent p-toluenediamine at a glassy carbon electrode. In: XXV International Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics, 2019, Limerick – Irlanda. SOUZA, J. C.; SILVA, B. F.; ZANONI, M. V. B. Detection of p-aminophenol and sub- products formed during oxidative process in water and hair salon effluent. In: 41ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2018, Foz do Iguaçu - PR. SOUZA, J. C.; SILVA, J. L.; FABRAO, R. M.; STRADIOTTO, N. R.; ZANONI, M. V. B. Determinação cromatográfica de açúcares, ácidos orgânicos e álcool de açúcares em vinho usando detecção eletroquímica. In: 19ª Encontro Nacional de Química Analítica - 7º Congresso Iberoamericano de Química Analítica, 2018, Caldas Novas - GO. SOUZA, J. C.; HUDARI, F. F.; ZANONI, M. V. B. Determinação de hidroclorotiazida e triantereno em água de hemodiálise por CLAE-DAD. In: 19ª Encontro Nacional de Química Analítica - 7º Congresso Iberoamericano de Química Analítica, 2018, Caldas Novas - GO. http://www.bes2019.ie/ http://www.bes2019.ie/ http://www.bes2019.ie/ http://www.bes2019.ie/ http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 João Carlos de Souza Doutorado em Química 10 SILVA, B. F.; SOUZA, J. C.; ZANONI, M. V. B. Detection of harmful products formed during the reaction between p-toluenediamine and p-aminophenol, a common reagents used in permanent hair dyeing. In: 7th Conference on Mass Spectrometry, 2018, Rio de Janeiro - RJ. MOREIRA, L. F. P. P.; BELUOMINI, M. A.; SOUZA, J. C.; STRADIOTTO, N. R. Estudo do comportamento eletroquímico do par redox [Fe(CN6)]3-/4- em microemulsões de biodiesel. In: XXI Simpósio Brasileiro de Eletroquímica e Eletroanalítica, 2017, Natal - RN. SOUZA, J. C.; SILVA, B. F.; ZANONI, M. V. B. Detection of harmful subproducts formed during the oxidative process of p-toluenediamine, the common reagent used in permanent hair dying. In: 46° World Chemistry Congress, 2017, São Paulo - SP. SOUZA, J. C.; SILVA, B. F.; ZANONI, M. V. B. Avaliação de p-toluenodiamina e p- aminofenol por CLAE-DAD em água e efluente oriundo de tintura de cabelo. In: VIII Encontro Nacional de Química Ambiental, 2017, Curitiba - PR. SOUZA, J. C.; BESSEGATO, G. G.; ZANONI, M. V. B. Determinação de p-fenilenodiamina e resorcinol por CLAE-DAD em efluentes oriundos da tintura de cabelo. In: 18º Encontro Nacional de Química Analítica, 2016, Florianópolis - SC. SOUZA, J. C.; PEZZA, H. R.; PEZZA, L. Metodologia analítica ambientalmente mais amigável para determinação de cobre em uísque. In: 67ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira Progresso da Ciência, 2015, São Carlos - SP. SOUZA, J. C.; PEZZA, H. R.; PEZZA, L. Development of an environmentally more benign reflectometric method for determination of copper(II) ions in sugarcane spirit. In: 38ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2015, Águas de Lindóia - SP. PEZZA, H. R.; TOCI, A. T.; COLETTA, A.; BORALLE, N.; SOUZA, J. C.; PEZZA, L. Autenticidade e rastreabilidade de cafés torrados brasileiro por 1H-RMN. In: 37ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2014, Natal - RN. REZENDE, H. P.; SOUZA, J. C.; PAIVA, V. A. B.; ALMEIDA, E. S.; EIRAS, S. P.; CRUZ, W. O. Simplex modificado para otimizar variáveis na formação do cis-diol de boro com curcumina na mistura de água – etanol – clorofórmio. In: XV Encontro Nacional de Química Analítica e III Congresso Iberoamericano de Química Analítica, 2009, Salvador - BA. http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 João Carlos de Souza Doutorado em Química 11 SOUZA, J. C.; ALMEIDA, E. S.; REZENDE, H. P.; PAIVA, V. A. B.; EIRAS, S. P. Determinação espectrofotométrica de cobre em cachaça empregando PAN e mistura homogênea dos solventes água – etanol – MIC. In: XV Encontro Nacional de Química Analítica e III Congresso Iberoamericano de Química Analitíca, 2009, Salvador - BA. OLIVEIRA, D. R.; SOUZA, J. C.; ALMEIDA, E. S.; IAMAMOTO, M. S.; EIRAS, S. P. Estudo da pré-concentração de soluções de íons Cu2+ no sistema de extração sólido - líquido e sílica funcionalizada com PAN. In: XV Encontro Nacional de Química Analítica e III Congresso Iberoamericano de Química Analitíca, 2009, Salvador - BA. PAIVA, V. A. B.; ALMEIDA, E. S.; SOUZA, J. C.; REZENDE, H. P.; EIRAS, S. P. Determinação de matéria orgânica no solo: uma avaliação do impacto ambiental. In: XV Encontro Nacional de Química Analítica e III Congresso Iberoamericano de Química Analítica, 2009, Salvador - BA. LIMA, M. A. O.; SOUZA, J. C.; ALMEIDA, E. S.; OLIVEIRA, D. R.; EIRAS, S. P. Avaliação da influência da composição da mistura dos solventes H2O - EtOH - CHCl3 na sensibilidade da determinação de íons Co2+ com 2-TTA. In: XXII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química – MG, 2008, Belo Horizonte - MG. ALMEIDA, E. S.; SOUZA, J. C.; LIMA, M. A. O.; BORGES, C. H. R.; EIRAS, S. P. Estudo dos interferentes na determinação de Al3+ com 8-hidroxiquinolina em uma mistura de água - etanol - clorofórmio. In: XXII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química - MG, 2008, Belo Horizonte - MG. BORGES, C. H. R.; SOUZA, J. C.; OLIVEIRA, D. R.; IAMAMOTO, M. S.; EIRAS, S. P. Caracterização da sílica gel funcionalizada com 4-(2-piridilazo)-resorcinol. In: XXII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química – MG, 2008, Belo Horizonte - MG. SOUZA, J. C.; LIMA, M. A. O.; ALMEIDA, E. S.; OLIVEIRA, D. R.; EIRAS, S. P. Tratamento de resíduos utilizados na determinação de íons Co2+ empregando o sistema água - etanol - clorofórmio. In: XXII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química - MG, 2008, Belo Horizonte - MG. SOUZA, J. C.; ALMEIDA, E. S.; LIMA, M. A. O.; BORGES, C. H. R.; EIRAS, S. P. Estudo dos interferentes na determinção de íons Cu2+ em cachaça com PAN e uma mistura de água - João Carlos de Souza Doutorado em Química 12 etanol - metilisobutilcetona. In: XXII Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química - MG, 2008, Belo Horizonte - MG. ALMEIDA, E. S.; SOUZA, J. C.; LIMA, M. A. O.; BORGES, C. H. R.; EIRAS, S. P. Estudo da influência da temperatura e do tempo na determinação de Al3+ com 8-hidroxiquinolina e uma mistura de água - etanol - clorofórmio. In: 31ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2008, Águas de Lindóia - SP. SOUZA, J. C.; ALMEIDA, E. S.; LIMA, M. A. O.; EIRAS, S. P. Avaliação do teor de cobre em cachaça empregando misturas dos solventes água - etanol - acetona e detecção por absorção atômica. In: 14º Encontro Nacional de Química Analítica, 2007, João Pessoa - PB. ALMEIDA, E. S.; SOUZA, J. C.; LIMA, M. A. O.; EIRAS, S. P. Estudo da complexação de íons Al3+ com 8-hidroxiquinolina em mistura homogênea de água - etanol - clorofórmio. In: XXI Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química - MG, 2007, Uberlândia - MG. 6. Apresentações de Trabalho (oral) SOUZA, J. C.; SILVA, B. F.; ZANONI, M. V. B. Detection of p-aminophenol and sub- products formed during oxidative process in water and hair salon effluent. In: 41ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2018, Foz do Iguaçu - PR. PEZZA, H. R.; TOCI, A. T.; COLETTA, A.; BORALLE, N.; SOUZA, J. C.; PEZZA, L. Autenticidade e rastreabilidade de cafés torrados brasileiro por 1H-RMN. In: 37ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química, 2014, Natal - RN. SOUZA, J. C.; ALMEIDA, E. S.; EIRAS, S. P. Estudo da extração por fase única de alumínio: sistema água – etanol – clorofórmio e 8-hidroxiquinolina. In: IX Encontro Interno e XIII Seminário de Iniciação Científica - PIBIC/CNPq/FAPEMIG da Universidade Federal de Uberlândia, 2009, Uberlândia – MG. 7. Outras produções bibliográficas SOUZA, J. C. Determinação íons cobre(II) em aguardente de cana-de-açúcar utilizando a combinação spot test - espectroscopia de reflectância difusa, 2015, Dissertação Mestrado, Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho.” http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 João Carlos de Souza Doutorado em Química 13 SOUZA, J. C. Estudo da determinação de íons cobre(II) em cachaça com 1-(2-piridilazo)-2- naftol e empregando a mistura homogênea dos solventes água – etanol – metilisobutilcetona, 2009, Trabalho Conclusão de Curso, Universidade Federal de Uberlândia. 8. Participação em eventos 2019 – 47th IUPAC World Chemistry Congress. Paris – França. 2019 - XXV International Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics. Limerick – Irlanda. 2018 - 41ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. Foz do Iguaçu – PR – Brasil. 2017 – 46th IUPAC World Chemistry Congress e 40ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. São Paulo – SP – Brasil. 2017 - VI Escola de separações. Campinas – SP – Brasil. 2017 - VIII Encontro Nacional de Química Ambiental. Curitiba – PR – Brasil. 2016 - 18º Encontro Nacional de Química Analítica. Florianópolis – SC – Brasil. 2016 - Workshop Avanços em química analítica e bioenergia - Nelson Ramos Stradiotto. Florianópolis – SC – Brasil. 2015 - 67ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência. São Carlos – SP – Brasil. 2015 - 38ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química. Águas de Lindóia – SP – Brasil. 2014 - 54º Congresso Brasileiro de Química. Natal – RN – Brasil. 2009 - Ferramenta para o desarmamento e a não proliferação de armas de destruição em massa. Palestra Programa Nacional de Integração Estado-Empresa na Área de Bens Sensíveis – PRONABENS. Uberlândia – MG – Brasil. 2008 - XLVIII Congresso Brasileiro de Química - CBQ. Rio de Janeiro – RJ – Brasil. 2008 - XXII Encontro Regional SBQ-MG. Belo Horizonte – MG - Brasil. http://lattes.cnpq.br/4363168270703282 http://www.bes2019.ie/ http://www.bes2019.ie/ João Carlos de Souza Doutorado em Química 14 2008 - Comemoração do dia nacional do químico. Uberlândia – MG – Brasil. 2007 - 14º Encontro Nacional de Química Analítica. João Pessoa – PB – Brasil. 2007 - XXI Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química - MG. Uberlândia – MG – Brasil. 2006 - I Encontro de Química do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba - IV Mostra de Pós- Graduação - III Jornada Científica de Química. Uberlândia – MG – Brasil. 2006 - II Semana da Química - II Escola de Inverno. Uberlândia – MG – Brasil. 2005 - Comemoração ao dia Nacional do Químico. Uberlândia – MG – Brasil. 9. Organização de eventos, congressos, exposições e feiras 2008 - XXI Encontro Regional da Sociedade Brasileira de Química - MG. Uberlândia – MG – Brasil. 10. Orientações e supervisões 1 - Juliana Paula de Oliveira. Avaliação de contaminantes oriundos do uso de tintura de cabelo: Análise de PPD e derivados em urina humana. Início: 2019 - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Bolsisa da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP. (Coorientador). 2 - Giovanna de Deus Sperandio. Início: 2019 - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho.” (Coorientador). João Carlos de Souza Doutorado em Química 15 “Conheça todas as teorias, domine todas as técnicas, mas ao tocar uma alma humana, seja apenas outra alma humana.” Carl Gustav Jung João Carlos de Souza Doutorado em Química 16 Agradecimentos Ao Instituto de Química, Campus de Araraquara – SP, da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP pelas facilidades, estrutura e recursos concedidos à realização deste trabalho; Ao Departamento de Química - Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra – UC e ao Instituto Pedro Nunes – IPN pela oportunidade de realização de estágio de pesquisa no exterior (doutorado sanduíche), pelas facilidades, estrutura e recursos concedidos à realização do estágio; Em especial a Profª. Drª. Maria Valnice Boldrin Zanoni pela orientação, amizade, paciência e pelos ensinamentos ao qual levarei comigo pelo resto da vida. Em especial a Profª. Drª. Ana Maria Coelho Ferreira de Oliveira Brett e ao Prof. Dr. Christopher Michael Ashton Brett pela recepção, orientação, amizade, paciência e ensinamentos durante a realização de estágio de pesquisa no exterior (doutorado sanduíche) em Coimbra – Portugal. Ensinamentos que levarei comigo pelo resto da vida. Em especial a Drª. Bianca Ferreira da Silva pela orientação, amizade, paciência, conversas e ensinamentos ao qual levarei comigo pelo resto da vida; À Profª. Drª. Gisela de Aragão Umbuzeiro, Docente da Faculdade de Tecnologia da Univesidade Estadual de Campinas – UNICAMP de Limeira – SP, pela parceria firmada e colaboração neste trabalho, e pelas análises de toxicidade e mutagenicidade realizadas em seu laboratório; Ao Dr. Daniel Alexandre Morales e a Drª. Adria Caloto de Oliveira, do Laboratório de Ecotoxicologia Genotoxicidade – LAEG, localizado na Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP de Limeira – SP, pela colaboração neste trabalho e pela realização das análises de mutagenicidade e toxicidade, respectivamente; Ao Prof. Dr. Paulo Clairmont Feitosa de Lima Gomes, Docente do Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP de Araraquara - SP, por ceder a impressora 3D para confecção do suporte magnético utilizado neste trabalho; João Carlos de Souza Doutorado em Química 17 À Mestre Natália da Costa Luchiari, do Departamento de Química Analítica do Instituto de Química da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” - UNESP de Araraquara-SP, pela disposição e ajuda na confecção do suporte magnético utilizado neste trabalho; Aos companheiros de trabalho do Grupo de Eletroanalítica de Araraquara - GEAr pela amizade, momentos de dificuldades, alegrias vividas juntos durante toda a jornada e pelas proveitosas discussões no decorrer deste trabalho; Aos amigos e companheiros José Luiz, Edervaldo Buffon, Thúlio Ferreira, Marcos Vinícius, Maísa Beluomini, João Pedro, Acelino Cardoso, Josiel Silva, Kallyni Irikura, Beatriz Costa e Silva, César Marasco, Natália Luchiari, Guilherme Bessegato, Juliano Cardoso, Felipe Hudari, Alysson Martins, Lilian Torquato e João Angelo meus sinceros agradecimentos pela amizade, paciência, companhia, viagens, churrascos, momentos de dificuldades e de alegrias vividos juntos durante toda à jornada, e pelas proveitosas conversas e discussões no decorrer deste trabalho; Aos amigos e companheiros, do Departamento de Química - Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra – UC, Wesley Machini, Ana-Maria Chiorcea-Paquim e Isabel Fernandes, meus sinceros agradecimentos pela recepção, paciência, amizade, companhia, alegrias e pelas proveitosas conversas e discussões, durante o decorrer de meu estágio de pesquisa no exterior (doutorado sanduíche) em Coimbra - Portugal; Aos demais professores e funcionários do Instituto de Química, Campus Araraquara – SP, da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP, que diretamente e indiretamente ajudaram no decorrer do curso e na realização deste trabalho; Aos demais funcionários do Departamento de Química, da Faculdade de Ciências e Tecnologia, da Universidade de Coimbra – UC e do Instituto Pedro Nunes - IPN, que diretamente e indiretamente ajudaram no decorrer do estágio de pesquisa no exterior (doutorado sanduíche); Aos demais amigos conquistados no decorrer do curso de doutorado pela amizade, momentos de dificuldades e alegria vividos juntos durante toda a jornada; João Carlos de Souza Doutorado em Química 18 À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP (Processo n° 2015/12998-1) pela concessão da bolsa de doutorado e pelo apoio financeiro à pesquisa; À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP (Processo n° 2018/12449-6) pela concessão da bolsa de estágio de pesquisa no exterior - BEPE (doutorado sanduíche), no Departamento de Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, e pelo apoio financeiro à pesquisa; Aos meus pais por me proporcionarem a chance de realizar o doutorado, e por todo o amor e apoio dedicados, não só durante esta etapa, como também em todas as outras escolhas da minha vida; À minha grande e melhor amiga Jaqueline Leschonski pela amizade, companheirismo paciência, pelos momentos de alegrias, pelas proveitosas conversas e discussões a respeito da vida e da espiritualidade, e por ter me salvado a vida; À minha namorada Daniela Matos pelo companheirismo, paciência, apoio nos momentos difíceis, e pelo amor e carinho. Te amo muito, meu amor!!! A todos os demais famíliares e amigos próximos que sempre me apoiaram e incentivaram em todo o decorrer da minha vida. João Carlos de Souza Doutorado em Química 19 Resumo O tingimento dos cabelos é um processo adotado por milhões de pessoas em todo o mundo, e envolve reações oxidativas complexas entre agentes precursores e acopladores em meio oxidante alcalino no interior do fio de cabelo. Embora estes compostos estejam presentes em tinturas comerciais de cabelos, poucos estudos são encontrados com foco no monitoramento de produtos e subprodutos formados a partir destas reações, em águas de rejeitos de salão de beleza e outras amostras ambientais e biológicas. Esta abordagem, poderia ser de alta relevância no entendimento da persistência e biotransformação dessas substâncias, já que nos últimos anos, vários estudos levantaram questionamentos a respeito da toxicidade, mutagenicidade e genotoxicidade, acompanhada de uma grande preocupação dos órgãos reguladores de proteção ambiental e de saúde humana a respeito desses compostos. Tendo em vista, contribuir para o melhor entendimento dessas reações, o presente trabalho propos investigar a estabilidade dos precursores p-toluenodiamina (PTD) e p- aminofenol (PAF), em meio alcalino de 0,1 mol L-1 de tampão amônio a pH 8,0, na presença e na ausência de agente oxidante (peróxido de hidrogênio). A reação de oxidação da PTD apresentou a formação de vários intermediários de reação como os derivados do radical semi- quinonadiimina, quinonadiimina, difenilamina e o produto derivado da Base de Bandrowski (BB). A reação de oxidação do PAF apresentou a formação de vários intermediários de reação como os derivados do radical semi-quinonaimina, quinonaimina, além da formação de dímeros, trímeros e um tetrâmero. A reação entre a PTD e o PAF apresentou a formação de vários intermediários e produtos finais de reação oriundos da oxidação da PTD e do PAF e de seis diferentes produtos. Testes de mutagenicidade dos produtos finais da PTD e do PAF, bem como da reação entre ambos, foram realizados com bactérias Salmonella enterica Typhimurium YG1041, com e sem ativação metabólica. Os resultados obtidos mostrou alta mutagenicidade para o derivado da BB e para os produtos da reação entre a PTD e o PAF, e os produtos formados pela oxidação do PAF não mostraram mutagenicidade. Testes de toxicidade aguda, realizados com Daphinia similis, mostraram alta toxicidade. Uma metodologia analítica foi desenvolvida para a determinação de PTD e PAF por CLAE/DAD. O método obteve relações boas lineares, bons limites de detecção e de quantificação com boa recuperação. O método foi aplicado de maneira satisfatória em amostras de água, bem como em amostra de efluente de salão de cabeleireiros. As concentrações encontradas, de PTD e de PAF, para amostra de água antes do tratamento foi de 2,48 ± João Carlos de Souza Doutorado em Química 20 0,10×10-3 e 1,90 ± 0,30×10-3 mg L-1, para a amostra de água após o tratamento foi de 1,77 ± 0,10×10-3 e 1,30 ± 0,20×10-3 mg L-1, e para amostra de efluente de salão de cabeleireiros foi de 2,08 ± 0,20 mg L-1 e 2,10 ± 0,50 mg L-1, respectivamente. Na amostra de efluente foram identificados vários produtos da oxidação da PTD, do PAF e da reação entre ambos. O comportamento eletroquímico oxidativo da PTD e do PAF foi investigado. As reações de oxidação da PTD e do PAF mostraram ser reversíveis, controladas por difusão e pela transferência de dois elétrons e dois prótons tanto para a PTD quanto para o PAF. Um mecanismo de oxidação eletroquímica para a PTD e para o PAF foi proposto. Os coeficientes de difusão da PTD e do PAF foram determinados, e os valores foram de DPTD = 1,57×10-5 cm2 s-1 e DPAF = 1,03×10-5 cm2 s-1, respectivamente. Uma metodologia analítica para quantificação desses precursores, em amostras de fluidos biológicos de soro fetal bovino (simulando o plasma sanguíneo humano) e de urina artificial (simulando a urina humana), foi desenvolvida. A quantificação eletroquímica, na faixa de concentração de 1,0×10-7 a 1,0×10-6 mol L-1, mostrou um limite de detecção de 1,2×10-7 mol L-1 para a PTD e de 1,7×10-7 mol L-1 para o PAF. O método eletroanalítico desenvolvido foi aplicado satisfatoriamente para a determinação de PTD e PAF em amostras de soro fetal bovino e de urina artificial. O comportamento eletroquímico da queratina capilar humana foi investigado. Para isso, foi realizada a construção de um biossensor de queratina pela modificação de um eletrodo de carbono vítreo com queratina de cabelo humano por voltametria de pulso diferencial. O comportamento eletroquímico da queratina mostrou dois picos de oxidação dependentes do pH. O primeiro pico correspondeu ao primeiro pico de oxidação dos resíduos de aminoácidos cisteína, P1Cis, em EP1 = + 0,53 V, e o segundo pico correspondeu ao terceiro pico de oxidação dos resíduos aminoácidos cisteína e ao segundo pico de aminoácidos metionina P2Cis + Met, em EP2 = + 1,28 V. Foi estudada também a desnaturação da queratina de cabelo humano, pela incubação da queratina com agentes desnaturantes ureia e dodecil sulfato de sódio, e com o agente redutor tris(2-carboxietil) fosfina, por voltametria de pulso diferencial. Por fim, foi estudada a interação da queratina com a PTD e o PAF, por voltametria de pulso diferencial e espectroscopia de impedância eletroquímica, pela incubação da queratina com esses precursores, por diferentes períodos de tempo, a fim de entender o processo de tingimento dos cabelos e a fixação desses compostos no interior da fibra capilar. Os resultados dos experimentos de desnaturação e da interação da queratina com os precursores mostraram que João Carlos de Souza Doutorado em Química 21 tanto os agentes desnaturantes, quanto os agentes redutores e precursores promoveram um aumento nas correntes de pico dos resíduos de aminoácidos eletroativos, ao longo do tempo de incubação. Além disso, foi verificado o aparecimento de novos picos de resíduos de outros aminoácidos presentes na estrutura da queratina, pelo desdobramento da estrutura da molécula da queratina, estavam enterrados e/ou encobertos. Por fim, foi desenvolvido um sensor eletroquímico em eletrodo impresso de carbono, modificado com nanopartículas magnéticas (NPM) de ferro funcionalizadas com grupos ácido carboxílico e L-cisteína. As NPM funcionalizadas foram depositadas em cima do eletrodo de trabalho, onde ficaram imobilizadas pela atração magnética do imã de neodímio, fixado em um suporte construído em impressora 3D. O comportamento eletroquímico dos analitos foi avaliado e o sensor eletroquímico mostrou-se bastante promissor na determinação da PTD e do PAF, com um ganho de corrente de 34,0% para a PTD e de 51,7% vezes para o PAF comparado ao eletrodo impresso sem as NPM. O processo de oxidação da PTD mostrou ser um processo irreversível com reações químicas do produto, com um de pico de oxidação em potencial de EoxPTD = + 0,25 V. Para o PAF observou-se que a oxidação foi um processo reversível com reações químicas do produto em potencial de EoxPAF = + 0,21 V. Por fim, o método foi otimizado quanto ao tempo de deposição dos analitos, concentração e volume de NPM a serem depositadas sobre o eletrodo. As otimizações apresentaram como condições ótimas um tempo de deposição de 3 minutos, concentração e volume de NPM de 1,0 mg mL-1 e 50,0 μL, respectivamente. Palavras Chave: p-toluenodiamina, p-aminofenol, corante de cabelos permanentes, queratina, efluente de salão de cabeleireiros, nanopartículas magnéticas João Carlos de Souza Doutorado em Química 22 Abstract The hair dyeing is a process adopted by millions of people worldwide, and involves complex oxidative reactions between precursor and couplers agents, in alkaline oxidizing medium, inside the hair strand. Although these compounds are present in commercial hair dyes, few studies are found with a focus on monitoring products and byproducts formed from these reactions, during the hair dye process, in salon wastewater and other environmental and biological samples. This approach could be of high relevance in understanding of the persistence and biotransformation of these substances, since in recent years, several studies have raised questions about toxicity, mutagenicity and genotoxicity, accompanied by a major concern of the regulatory agencies for environmental protection and health about these compounds. In order to contribute to a better understanding of these reactions, the present work proposed to investigate the stability of the precursors p-toluenediamine (PTD) and p- aminophenol (PAP), in an alkaline medium of 0.1 mol L-1 ammonium buffer at pH 8.0, in the presence and absence of oxidizing agent (hydrogen peroxide). The PTD oxidation reaction showed the formation of several reaction intermediates, such as the derivatives of the semi- quinonediimine radical, quinonediimine, diphenylamine and the product derived from the Bandrowski’s Base (BB). The PAP oxidation reaction showed the formation of several reaction intermediates, such as those derived from the semi-quinoneimine radical, quinoneimine, in addition to the formation of dimers, trimers and tetramer. The reaction between PTD and PAP showed the formation of several intermediates and final reaction products arising from the oxidation of PTD and PAP. In addition to these products, the formation of six different products were identified. Mutagenicity tests of the final products of PTD and PAP, as well as of the reaction between both, were carried out with bacteria Salmonella enterica Typhimurium YG1041, with and without metabolic activation. The results obtained showed high mutagenicity for the derivative of BB and for the products of the reaction between PTD and PAP, and the products formed by the oxidation of PAP did not show mutagenicity. Acute toxicity tests, performed with Daphinia similis, showed high toxicity. An analytical methodology was developed for the determination of PTD and PAP by HPLC-DAD. The method obtained good linear relationships, good limits of detection, quantification and recovery. The method was applied satisfactorily in water samples, as well as in a haidressing salon effluent sample. The concentrations found of PTD and PAP, for João Carlos de Souza Doutorado em Química 23 water sample before treatment were 2,48 ± 0,1×10-3 and 1,90 ± 0,3×10-3 mg L-1, for the sample of water after treatment was 1,77 ± 0,1×10-3 and 1,90 ± 0,3×10-3 mg L-1, and for a hairdressing salon sample it was 2,08 ± 0,2 mg L-1 and 2,10 ± 0,5 mg L-1, respectively. In the effluent sample, several oxidation products of PTD, PAP and the reaction between them were identified. This shows that considerable quantities of these products are being discharged into the common sewer daily. The oxidative electrochemical behavior of PTD and PAP was investigated. The oxidation reactions of PTD and PAP have been shown to be reversible. The reaction was controlled by diffusion, by transferring two electrons and two protons to PTD, which occurred in the nitrogen atoms of the amine groups of the molecule. The oxidation of PAF was controlled by diffusion, and by the transfer of two electrons and two protons, which occurred in the oxygen and nitrogen atoms of the hydroxyl and amine groups of the molecule, respectively. An electrochemical oxidation mechanism for PTD and PAP has been proposed. The diffusion coefficients of PTD and PAP were determined, and the values were DPTD = 1.57×10-5 cm2 s-1 and DPAP = 1.03×10-5 cm2 s-1, respectively. An analytical methodology for quantifying these precursors, in samples of biological fluids from fetal bovine serum (simulating human blood plasma) and artificial urine (simulating human urine), was developed. Electrochemical quantification, in the concentration range of 1.0×10-7 to 1.0×10-6 mol L-1, showed a detection limit of 1.2×10-7 mol L-1 for PTD and of 1.7×10-7 mol L-1 for PAP. The electroanalytical method developed was applied satisfactorily in samples of fetal bovine serum and in artificial urine. The electrochemical behavior of human capillary keratin was investigated. For this, the construction of a keratin biosensor was performed by modifying a glassy carbon electrode with human hair keratin by differential pulse voltammetry. The electrochemical behavior of keratin showed two pH-dependent oxidation peaks. The first peak corresponded to the first oxidation peak of the cysteine amino acid residues, P1Cys, at EP1 = + 0.53 V, and the second peak corresponded to the third oxidation peak of the cysteine amino acid residues, the second methionine amino acid peak and the peak of oxidation of histidine P2Cys + Met amino acid residues, at EP2 = + 1.28 V. Human hair keratin denaturation was also studied, by incubating the keratin with denaturing agents urea and sodium dodecyl sulfate, and with the reducing agent tris-(2- carboxyethyl)-phosphine, by differential pulse voltammetry. Finally, the interaction of keratin with PTD and PAP was studied, using differential pulse voltammetry and electrochemical João Carlos de Souza Doutorado em Química 24 impedance spectroscopy, through the keratin incubation with these precursors, for different periods of time, in order to understand the dyeing process of the hair and the fixation of these compounds inside the hair fiber. The results of the denaturation experiments and of the keratin interaction with the precursors showed that both the denaturing, reducing and precursor agents promoted an increase in the peak currents of the electroactive amino acid residues, over the incubation time. Probably, these compounds did not induce oxidative damage to keratin, but caused an unfolding of the morphological structure and this provided that amino acid residues, which were buried or covered up, were more exposed to the surface of the biosensor, facilitating its oxidation. In addition, the appearance of new peaks of residues of other amino acids present in the keratin structure was verified, which were also buried and/or covered by the unfolding of the keratin molecule structure. Finally, the study of PTD and PAP was carried out on a printed carbon electrode, modified with iron magnetic nanoparticles (MNP) functionalized with carboxylic acid and L- cysteine groups. The functionalized MNP were deposited on top of the working electrode, where they were immobilized by the magnetic attraction of the neodymium magnet, fixed on a support built in a 3D printer. The electrochemical behavior of the analytes was evaluated. The modified electrode with the nanoparticles proved to be very promising in the determination of PTD and PAP, with a current gain of 34.0% for PTD and 51.7% for PAP, compared to the printed electrode without MNP. The PTD oxidation process was indicative of being an irreversible process with chemical reactions of the product, with a peak oxidation potential of EoxPTD = + 0.25 V. For PAP, it is observed that the potential oxidation of EoxPAP = + 0.21 V. Finally, the method was optimized regarding the time of deposition of the analytes, concentration and volume of MNP to be deposited on the electrode. The optimizations presented a deposition time of 3 minutes, concentration and volume of MNP of 1.0 mg mL-1 and 50.0 μL, respectively. Keywords: p-toluenediamine, p-aminophenol, permanent hair dyes, keratin, wastewater from hairdressing salon, magnetic nanoparticles. João Carlos de Souza Doutorado em Química 25 Lista de figuras Figura 1 - Estrutura tegumentar humana com uma unidade polissebácea.................. 47 Figura 2 - Imagem de microscopia eletrônica de varredura (MEV) da medula porosa de uma seção transversal da fibra do cabelo.................................. 48 Figura 3 - Estrutura do cabelo humano....................................................................... 49 Figura 4 - Imagens de MEV do interior do cortéx do cabelo humano aumentada 1.000 vezes (A), 5.000 vezes (B), 10.000 vezes (C) e 20.000 vezes (D)... 50 Figura 5 - Imagem de MEV da cutícula do cabelo humano....................................... 51 Figura 6 - Estágios de crescimento do cabelo humano............................................... 53 Figura 7 - Estrutura física do cabelo liso (A) e do cabelo crespo (B)......................... 53 Figura 8 - Ligações e interações intra e intercelulares presentes nos fios de cabelos........................................................................................................ 54 Figura 9 - Estruturas moleculares da eumelamina (A) e feomelamina (B)................ 55 Figura 10 - Estruturas moleculares da α-queratina (A) e da β-queratina (B).............. 63 Figura 11 - Fixação dos corantes capilares temporários na fibra capilar...................... 68 Figura 12 - Fixação dos corantes capilares semipermanentes no interior da fibra capilar......................................................................................................... 73 Figura 13 - Fixação dos corantes capilares permanentes no interior da fibra capilar......................................................................................................... 74 Figura 14 - Processo alérgico provocado por corante capilar permanente* (A), por doses de PFD** (B) e em tatuagem de henna***(C)................................ 79 Figura 15 - Desenho do suporte magnético e suporte magnético impresso em impressora 3D............................................................................................ 100 Figura 16 - Procedimento de fixação do eletrodo de carbono impresso no suporte magnético, deposição das NPM-AC-LC sobre o eletrodo e montagem da célula eletroquímica.............................................................................. 102 Figura 17 - Espectro de massas obtido para 10,0 mg L-1 de PTD em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, após 3 horas de reação, na ausência de peróxido de hidrogênio.................................................................................................. 103 Figura 18 - Espectro de massas obtido para 10,0 mg L-1 de PTD em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, após 3 horas de reação, na presença de peróxido de hidrogênio a 1,0% (v/v)......................................................................... 105 Figura 19 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração castanho escuro......................................................................................................... 105 João Carlos de Souza Doutorado em Química 26 Figura 20 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração roxo................... 106 Figura 21 - Espectros de absorção UV-Vis em 10,0 mg L-1 de PTD em 0,1 mol L-1 de tampão amônio a pH 8,0: (A) oxigênio dissolvido e (B) peróxido de hidrogênio 0,1% (v/v)................................................................................ 108 Figura 22 - Espectros de absorção UV-Vis, obtidos em metanol, para o padrão de PTD e os produtos formados pela oxidação da PTD em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0 isolados por CCD..................................................... 109 Figura 23 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração castanho escuro.......................................................................................... 110 Figura 24 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração roxa............................................................................................................. 111 Figura 25 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração castanho escuro em metanol deuterado.................................................................. 112 Figura 26 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração roxa em metanol deuterado...................................................................................... 113 Figura 27 - Espectro de massas obtido para 10,0 mg L-1 de PAF em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, após 3 horas de reação, na ausência de peróxido de hidrogênio.................................................................................................. 115 Figura 28 - Espectro de massas obtido para 10,0 mg L-1 de PAF em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0 após 3 horas de reação na presença de peróxido de hidrogênio a 1,0% (v/v)............................................................................. 117 Figura 29 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração castanho claro.... 117 Figura 30 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração castanho escuro......................................................................................................... 118 Figura 31 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração rosa.................... 118 Figura 32 - Espectros de absorção UV-Vis em 10,0 mg L-1 de PAF em 0,1 mol L-1 de tampão amônio a pH 8,0: (A) oxigênio dissolvido e (B) peróxido de hidrogênio 0,05% (v/v).............................................................................. 120-121 Figura 33 - Espectros de absorção UV-Vis, obtidos em metanol, para o padrão e os produtos formados pela oxidação do PAF, em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, isolados por CCD.................................................................. 122 Figura 34 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração castanho claro............................................................................................. 123 Figura 35 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração castanho escuro.......................................................................................... 124 João Carlos de Souza Doutorado em Química 27 Figura 36 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração rosa............................................................................................................. 125 Figura 37 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto precipitado (tetrâmero).................................................................................................. 126 Figura 38 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração castanho claro em metanol deuterado................................................................................ 127 Figura 39 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração castanho escuro em metanol deuterado.................................................................. 128 Figura 40 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração rosa em metanol deuterado...................................................................................... 129 Figura 41 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto precipitado (tetrâmero) em metanol deuterado...................................................................................... 130 Figura 42 - Espectro de massas obtido para a reação entre a PTD e o PAF, na proporção de (1:1), em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, após 3 horas de reação: (A) Espectro de massas aumentado na faixa de m/z 100 a 150 Da, (B) espectro de massas aumentado na na faixa de m/z 200 a 245 e em (C) espectro de massas aumento na faixa de m/z 300 a 365 Da............................................................................................................... 132 Figura 43 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração castanho escuro......................................................................................................... 133 Figura 44 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração castanho claro.... 134 Figura 45 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração roxo................... 134 Figura 46 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração marrom.............. 135 Figura 47 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração rosa.................... 135 Figura 48 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração marrom escuro... 136 Figura 49 - Espectro de massas obtido para o produto de coloração rosa claro........... 136 Figura 50 - Espectro de massas obtido para os produtos precipitados da reação entre a PTD e o PAF........................................................................................... 137 Figura 51 - Espectros de absorção UV-Vis para a reação da PTD e o PAF, na proporção de (1:1) (ambos a 10,0 mg L-1) em tampão amônio 0,1 mol L- 1, pH 8,0 em atmosfera de oxigênio dissolvido (A) e 1,0% (v/v) de peróxido de hidrogênio (B)........................................................................ 141 João Carlos de Souza Doutorado em Química 28 Figura 52 - Espectros de absorção UV-Vis, obtidos em metanol, para os produtos formados pela reação entre a PTD e o PAF, isolados por CCD................ 142 Figura 53 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração castanho escuro, formado pela reação entre a PTD e o PAF..................... 143 Figura 54 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração castanho claro, formado pela reação entre a PTD e o PAF........................ 144 Figura 55 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração roxo, formado pela reação entre a PTD e o PAF....................................... 145 Figura 56 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração marrom, formado pela reação entre a PTD e o PAF.................................. 146 Figura 57 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração rosa claro, formado pela reação entre a PTD e o PAF............................... 147 Figura 58 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração rosa escuro, formado pela reação entre a PTD e o PAF............................ 148 Figura 59 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto de coloração marrom escuro, formado pela reação entre a PTD e o PAF...................... 149 Figura 60 - Espectro de IR, obtido em clorofórmio, para o produto precipitado, formado pela reação entre a PTD e o PAF................................................. 150 Figura 61 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração rosa escuro em metanol deuterado................................................................................ 151 Figura 62 - Espectro de 1H-RMN obtido para o produto de coloração marrom escuro em metanol deuterado..................................................................... 152 Figura 63 - Cromatograma obtido por CLAE/DAD para os padrões de PTD e PAF a 50,0 mg L-1. Fase móvel tampão acetato 0,01 mol L-1 (pH 5,6):acetonitrila 98:2 (v/v), respectivamente, fluxo de 1,0 mL min-1, temperatura da coluna de 40,0 °C, volume de injeção de 20,0 μL e comprimento de onda de λ = 236 nm........................................................ 162 Figura 64 - Cromatogramas obtidos por CLAE/DAD para as amostras de água antes do tratamento (A), após o tratamento (B) e efluente de salão de cabeleireiros (C). Fase móvel tampão acetato 0,01 mol L-1 (pH 5,6):acetonitrila 98:2 (v/v), respectivamente, fluxo de 1,0 mL min-1, temperatura da coluna de 40,0 °C, volume de injeção de 20,0 μL e comprimento de onda de λ = 236 nm......................................................... 165-166 Figura 65 - Espectro de massas full scan obtido para a amostra de efluente de salão de cabeleireiros.......................................................................................... 167 João Carlos de Souza Doutorado em Química 29 Figura 66 - Espectro de massas obtido para a amostra de efluente de salão de cabeleireiros ampliado na faixa de m/z 100 a 150 Da (A), ampliado na faixa de m/z 150 a 200 Da (B), ampliado na faixa de m/z 200 a 250 Da (C), ampliado na faixa de m/z 300 a 350 Da (D), ampliado na faixa de m/z 350 a 400 Da (E) e ampliado na faixa de m/z 450 a 500 Da (F)......... 168-169 Figura 67 - Voltamogramas cíclicos obtidos em GCE, para 1,0×10-4 mol L-1 de PTD, a pH: (A) 1,0, (B) 4,0, (C) 7,0 e (D) 9,0; e para 1,0×10-4 mol L-1 de PAF a pH: (E) 1,0, (F) 4,0, (G) 7,0 e (H) 9,0. (▬) branco (eletrólito suporte), (▬) primeira varredura e (▬) segunda varredura, Velocidade de varredura  = 50,0 mV s-1.................................................................... 171 Figura 68 - Voltamogramas cíclicos obtidos em GCE, para 1,0×10-4 mol L-1 de PTD (A) e de PAF (B), a pH 7,0 no intervalo de velocidade de varredura de 5,0 – 500,0 mVs-1....................................................................................... 172 Figura 69 - Voltamogramas de pulso diferencial em 3D, com linha de base corrigida, em GCE, para 1,0×10-5 mol L-1 de PTD: (A) oxidação e (B) redução e 1,0×10-5 mol L-1 de PAF: (C) oxidação e (D) redução, em diferentes pHs de eletrólito de suporte. Velocidade de varredura  = 5,0 mV s-1. Gráficos Eap vs. pH para a PTD (E) e para o PAF (F)................. 173 Figura 70 - Voltamogramas de onda quadrada obtidos em tampão fosfato 0,1 mol L- 1, a pH 7,0, para 1,0×10-5 mol L-1 de PTD (A) e PAF (B) em GCE. Velocidade de varredura νef = 50,0 mV s-1. It – corrente de pico total, Id – corrente de pico direta e Ii – corrente de pico inversa............................. 176 Figura 71 - Voltamogramas de pulso diferencial, com linha de base corrigida, obtidos em GCE, tampão de fosfato 0,1 mol L-1 a pH 7,0, nas concentrações de 0,1, 0,2, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8 e 1,0×10-6 mol L-1 de PTD (A) a para o PAF (B). Voltamograma de pulso diferencial obtidos para as amostras de soro fetal bovino (▬) e de urina artificial (▬). Velocidade de varredura  = 5,0 mV s-1.................................................... 177 Figura 72 - Voltamograma de pulso diferencial obtido, com linha de base corrigida, para o filme multicamadas espesso de queratina humana nativa adsorvida no GCE, em tampão fosfato 0,1 mol L-1 a pH 8,0. Velocidade de varredura ν = 5,0 mV s-1........................................................................ 180 Figura 73 - (A) Voltamogramas de pulso diferencial obtidos, em 3D, com linha de base corrigida, para o filme multicamadas espesso de queratina capilar humama adsorvida no GCE, em diferentes pHs de eletrólitos suporte. (B) Gráfico de potencial de pico de oxidação do filme espesso de multicamadas de queratina capilar humana adsorvido no GCE (▲) Ep1Cis e () Ep2Cis + Met e de corrente de pico (▲) Ip1Cis e () Ip2Cis + Met vs. pH. Velocidade de varredura ν = 5,0 mV s-1........................................ 181 Figura 74 - Estrutura 3D da queratina humana recombinante 36 (ab160141).............. 182 Figura 75 - Gráfico de hidropaticidade da sequência da cadeia de aminoácidos da proteína queratina humana recombinante 36. Aminoácidos eletroativos: cisteína (amarelo), tirosina (vermelho), triptofano (verde), histidina João Carlos de Souza Doutorado em Química 30 (roxo) e metionina (azul)............................................................................ 184 Figura 76 - Voltamogramas de pulso diferencial obtidos, com linha de base corrigida, para o filme de multicamadas espesso de queratina humana adsorvido no GCE, em tampão fosfato 0,1 mol L-1 a pH 8,0: (▬) biossensor eletroquímico de queratina nativa e (▬) desnaturada em: (A) 6,0 mol L-1 de uréia, (B) SDS 33,3 mmol L-1, (C) TCEP 10,0 mmol L-1, durante diferentes períodos de tempo de 30, 60, 90 e 120 minutos. Velocidade de varredura de 5,0 mV s-1..................................... 185-186 Figura 77 - Voltamogramas de pulso diferencial obtidos, com linha de base corrigida, para o filme de multicamadas espesso de queratina humana adsorvido no GCE, em tampão fosfato 0,1 mol L-1 a pH 8,0: (▬) biossensor eletroquímico de queratina nativa e (▬) incubada em: (A) PTD 2,0×10-7 mol L-1, (B) PAF 2,0×10-7 mol L-1, (C) PTD e PAF (1:1) 2,0×10-7 mol L-1, durante diferentes períodos de tempo de 30, 60, 90 e 120 minutos. Velocidade de varredura de 5,0 mV s-1................................ 187-188 Figura 78 - Espectros de impedância de plano complexo, em tampão fosfato 0,1 mol L-1 a pH 8,0, em K4[Fe(CN)6]/K3[Fe(CN)6] a 5,0 mmol L-1, no potencial do ponto médio aplicado, Eap = + 0,25 V: Controle GCE (☆), controle do biossensor eletroquímico de queratina antes (violeta) e após interação com precursores de tintura de cabelo: (A) PTD, (B) PAF e (C) PTD + PAF, durante diferentes tempos de incubação: 30 (verde), 60 (azul) e 120 minutos (vermelho). Circuitos elétricos equivalentes (a1), (b1) e (c1)…………………………………………................................... 190-191 Figura 79 - NPM de ferro funcionalizadas com grupos ácido carboxílico (A) e NPM de ferro funcionalizadas com grupos ácido carboxílico e L-cisteína (B).............................................................................................................. 193 Figura 80 - Espectro de IR obtido para NPM-AC (linha preta) e para as NPM-AC- LC (linha vermelha)................................................................................. 194 Figura 81 - Imagens de MEV-FEG obtidas para as NPM-AC-LC aumentadas 1.500 vezes (A), 5.000 vezes (B), 50.000 vezes (C) e 100.000 vezes (D)........................................................................................................... 196 Figura 82 - Histograma referente ao diâmetro das NPM-AC-LC.............................. 197 Figura 83 - Espectro de energia dispersiva de raios X (EDX) das NPM-AC-LC...... 197 Figura 84 - Imagens de MEV-FEG da superfície do eletrodo de carbono impresso aumentada 15.000 vezes (A), das NPM-AC-LC sobre a superfície do eletrodo de carbono impresso aumentadas 1.500 vezes (B), 5.000 vezes (C) e 25.000 vezes (D)................................................................... 198 Figura 85 - Imagens de TEM das NPM-AC-LC (A), imagens HR-TEM das NPM- AC-LC (B), imagem ampliada da área das NPM-AC-LC (C) e padrão de difração cristalina de uma NPM-AC-LC (D)..................................... 199 João Carlos de Souza Doutorado em Química 31 Figura 86 - Difratograma de raios X das NPM-AC-LC............................................. 201 Figura 87 - Voltamogramas cíclicos obtidos para a oxidação 0,1 mol L-1 de tampão BR (pH 4,0) (A) e para 1,0×10-5 mol L-1 de PTD em 0,1 mol L-1 de tampão BR (pH 4,0) em eletrodo impresso de carbono (B), eletrodo impresso modificado com NPM-AC (C) e eletrodo impresso modificado com NPM-AC-LC (D). Velocidade de varredura ν = 50,0 mV s-1...................................................................................................... 202 Figura 88 - Voltamogramas cíclicos obtidos para a oxidação 0,1 mol L-1 de tampão BR (pH 4,0) (A) e para 1,0×10-5 mol L-1 de PAF em 0,1 mol L-1 de tampão BR (pH 4,0) em eletrodo impresso de carbono (B), eletrodo impresso modificado com NPM-AC (C) e eletrodo impresso modificado com NPM-AC-LC (D). Velocidade de varredura ν =50,0 mV s-1......................................................................................................... 203 Figura 89 - Tempo de deposição de 1,0×10-5 mol L-1 de PTD (A) e PAF (B), em tampão BR 0,1 mol L-1 a pH 4,0, em eletrodo impresso de carbono modificado com NPM-AC-LC.................................................................. 204 Figura 90 - Concentração de NPM-AC-LC em 1,0×10-5 mol L-1 de PTD (A) e PAF (B) em tampão BR 0,1 mol L-1 a pH 4,0................................................... 205 Figura 91 - Volume de NPM-AC-LC em 1,0×10-5 mol L-1 de PTD (A) e PAF (B) em tampão BR 0,1 mol L-1 a pH 4,0.......................................................... 206 João Carlos de Souza Doutorado em Química 32 Lista de esquemas Esquema 1 - Mecanismo de biossíntese da eumelamina e da feomelanina.................. 56 Esquema 2 - Mecanismo de fixação do corante temporário Acid Orange 7 na fibra do fio de cabelo........................................................................................ 70 Esquema 3 - Mecanismo de fixação do corante temporário Basic Red 76 na fibra do fio de cabelo............................................................................................. 71 Esquema 4 - Processo químico de tingimento dos cabelos e os principais produtos formados, pela reação química entre a PFD e o RSN, na presença de peróxido de hidrogênio e amônia............................................................ 76 Esquema 5 - Representação esquemática da reação de oxidação da PTD, em meio alcalino, na presença e na ausência de peróxido de hidrogênio.............. 114 Esquema 6 - Representação esquemática da reação de oxidação do PAF, em meio alcalino, na presença e na ausência de peróxido de hidrogênio.............. 131 Esquema 7 - Representação esquemática da reação entre a PTD e o PAF, em meio alcalino, na presença e na ausência de hidrogênio.................................. 153 Esquema 8 - Mecanismos de oxidação eletroquímica propostos para a PTD e para o PAF no GCE............................................................................................ 175 Esquema 9 - Representação esquemática da reação de funcionalização das NPM funcionalizadas de grupos ácido carboxílico com L-cisteína.................. 200 João Carlos de Souza Doutorado em Química 33 Lista de tabelas Tabela 1 - Aminoácidos encontrados no cabelo humano natural.............................. 58-60 Tabela 2 - Aminoácidos encontrados na queratina do cabelo humano natural......... 61-62 Tabela 3 - Corantes temporários ácidos e básicos utilizados no tingimento dos cabelos..................................................................................................... 69-70 Tabela 4 - Compostos utilizados como corantes semipermanentes no tingimento dos cabelos............................................................................................... 72 Tabela 5 - Estruturas propostas dos compostos detectados por MS/MS durante a oxidação da PTD, em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, na presença e na ausência de peróxido de hidrogênio................................... 106-107 Tabela 6 - Estruturas propostas dos compostos detectados por MS/MS durante a oxidação do PAF, em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, na presença e na ausência de peróxido de hidrogênio.................................. 119-120 Tabela 7 - Estruturas propostas dos compostos detectados por MS/MS durante a reação da PTD e o PAF, na proporção de (1:1), em tampão amônio 0,1 mol L-1 a pH 8,0, na presença e na ausência de peróxido de hidrogênio. 138-140 Tabela 8 - Resultados dos testes de mutagenicidade obtidos para o derivado da BB, analisada com a cepa Salmonella YG1041, com e sem ativação metabólica................................................................................................ 156 Tabela 9 - Resultados dos testes de mutagenicidade obtidos para o Trímero, analisada com a cepa Salmonella YG1041, com e sem ativação metabólica................................................................................................ 157 Tabela 10 - Resultados dos testes de mutagenicidade obtidos para o Precipitado (tetrâmero), analisada com a cepa Salmonella YG1041, com e sem ativação metabólica.................................................................................. 158 Tabela 11 - Resultados dos testes de mutagenicidade obtidos para os produtos Precipitados 4,5,6 e 7, analisada com a cepa Salmonella YG1041, com e sem ativação metabólica ....................................................................... 159 Tabela 12 - Teste de toxicidade aguda em Daphinia similis. Resultados expressos em efeito concentração 50%, 48 horas (EC50)........................................ 160 Tabela 13 - Parâmetros cromatográficos obtidos para a PTD e para o PAF por CLAE/DAD.............................................................................................. 163 Tabela 14 - Valores de recuperação obtidos para a PTD nas amostras de água e efluente de salão de cabelereiros.............................................................. 164 Tabela 15 - Valores de recuperação obtidos para o PAF nas amostras de água e efluente de salão de cabelereiros.............................................................. 164-165 Tabela 16 - Comparação entre as figuras de mérito do método proposto, com o de outros métodos relatados na literatura, para a determinação de PTD e João Carlos de Souza Doutorado em Química 34 PAF.......................................................................................................... 178 Tabela 17 - Determinação de PTD e de PAF nas amostras de fluídos biológicos de soro fetal bovino e de urina artificial...................................................... 179 Tabela 18 - Parâmetros de Randles obtidos para [Fe(CN)6] 4-/[Fe(CN)6] 3-, do plano complexo da EIS, em GCE sem modificação, no biossensor eletroquímico de queratina e após a interação com precursores de corantes capilares PTD, PAF e PTD + PAF, durante diferentes períodos de tempo.................................................................................... 191-192 João Carlos de Souza Doutorado em Química 35 Lista de siglas e abreviaturas ® - Marca Registrada 1H-RMN – Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio 3D – Três Dimensões ANIVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária APHA – Associação Americana de Saúde (American Health Association) BB – Base de Bandrowski BR – Briton-Robinson CCD – Cromatografia de Camada Delgada CE – Energia de Colisão (Colision Energy) CEM2 – Concentração Efetiva Mínima CG – Cromatografia Gasosa CHT – Quitosana (chitosan) Cis – Cisteína CLAE – Cromatografia Líquida de Alta Eficiência CUR – Gás de Cortina CV – Voltametria Cíclica (Ciclic Voltammetry) CXP – Potencial de Saída de Colisão D – Coeficiênte de Difusão DAD – Detector por Arranjo de Diodos DE – Detecção Eletroquímica DMSO – Dimetilsulfóxido DP – Potencial de Depleção (Depletion Potential) DPV – Voltametria de Pulso Diferencial (Differential Pulse Voltammetry) Dr. – Doutor Drª. - Doutora E – Potêncial EC – Concentração Efetiva (Efetive Concentration) EC – Eletroforese Capilar EIS – Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (Electrochemical Impedance Spectroscopy) Eox – Potencial de Oxidação EP – Potencial de Entrada (Entrance Potential) João Carlos de Souza Doutorado em Química 36 Epa – Potencial de Pico Anódico Epc – Potencial de Pico Catódico EQM – Eletrodo Quimicamente Modificado Ered – Potencial de Redução EUA – Estados Unidos da América GCE – Eletrodo de Carbono Vítreo (Glassy Carbon Electrode) H – Altura dos Pratos Teóricos His – Histidina HPLC - Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (High Performance Liquid Chromatography) HR-TEM - Microscopia de Tramissão Eletrônica de Alta Resolução (High Resolution Transmission Electronic Microscopy) IARC – Agência Internacional para a Pesquisa sobre Câncer (International Agency for Research on Cancer) Ipa – Corrente de Pico Anódico Ipc – Corrente de Pico Catódico IR – Infravermelho (Infrared) LD – Limite de Detecção LQ – Limite de Quantificação M. P. – Método Proposto m/z – Razão massa/carga Met – Metionina MEV – Miscroscopia Eletrônica de Varredura MNP – Magnetic Nanoparticles (Nanopartículas Magnéticas) MS/MS – Espectrometria de Massas Sequencial MWNTS - Nanotubos de Carbono de Múltiplas Paredes (Multiple Wall Carbon Nanotubes) N – Número de Pratos Teóricos NAT1 – N-Acetiltransferase 1 NAT2 – N-Acetiltransferase 2 NPM – Nanopartículas Magnéticas NPM-AC – Nanopartículas Magnéticas Funcionalizadas com Grupos Ácido Carboxílico NPM-AC-LC – Nanopartículas Megnéticas Funcionalizadas com Grupos Ácido Carboxílico e L-Cisteína João Carlos de Souza Doutorado em Química 37 OMS – Organização Mundial de Saúde PAF – p-aminofenol PAP – p-aminophenol PFD – p-fenilenodiamina pH – Potencial Hidrogeniônico PTD – p-toluenodiamina Prof. – Professor Profª. Professora QDI - Quinonadiimina R2 – Coeficiente de Correlação Rct – Resistência de Transferência de Carga Rf – Fator de Retenção RPM – Rotações por minuto Rs – Resolução RSN – Resorcinol s – Coeficiente Ângular da Reta (Inclinação da Reta) SDS – Dodecil Sulfato de Sódio SP – São Paulo std – Desvio Padrão SWW – Voltametria de Onda Quadrada (Square Wave Voltammetry) TCEP – tris(2-carboxietil)fosfina TEM – Microscopia de Transmissão Eletrônica (Transmission Electronic Microscopy) tR – Tempo de Retenção tR’ – Tempo de Retenção Corrigido UC – Universidade de Coimbra UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas USEPA – Associação de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (United States Environmental Protection Association) UV-Vis – Ultravioleta e Visível W1/2 – Largura de Pico a Meia Altura João Carlos de Souza Doutorado em Química 38 Lista de símbolos e unidades % - porcentagem < - menor > - maior ≤ - menor ou igual ≥ - maior ou igual α – alfa β – beta o – orto m – meta p – para ν – velocidade de varredura v/v – volume/volume v/v/v – volume/volume/volume nm – nanometros μmol g-1 – micromol por grama g – gramas mg – miligramas mL – mililitros mL min-1 – mililitro por minuto mol L-1 – mol por litro μg L-1 – microgramas por litro mg L-1 – miligramas por litro cm – centímetros Da – Daltons μL – microlitros mm – milímetros V – Volts mV – milivolts ms - milisegundos mV s-1 – milivolts por segundo A – Ampere João Carlos de Souza Doutorado em Química 39 org – organismos μL min-1 – microlitros por minutos μg μL-1 – microgramas por microlitros psi – libra-força por polegada quadrada ng μL-1 – nanogramas por microlitros Hz – Hertz ppm – partes por milhão °C – graus Célcius μm - micrometros mg mL-1 – miligramas por mililitro μS cm-1 – microSiemens por centímetro nA – nanoámpere KHz – quilohertz lux – nível de iluminância mmol L-1– milimol por litro g mol-1 – gramas por mol cm2 s-1 – centímetro quadrado por segundo mM – milimolar (milimol por litro) João Carlos de Souza Doutorado em Química 40 Sumário 1. Introdução..........................................................................................................................43 2. Revisão bibliográfica...........................................................................................................46 2.1. Estrutura e morfologia do cabelo humano..............................................................46 2.2. Coloração do cabelo humano....................................................................................54 2.3. Composição química do cabelo humano..................................................................57 2.4. Tinturas de cabelos....................................................................................................66 2.5. Toxicidade, mutagenicidade, carcinogenicidade e genotixicidade das tinturas de cabelos...............................................................................................................................77 2.6. Métodos analíticos desenvolvidos e utilizados na quantificação e nomonitoramento de corantes capilares em diversas matrizes...................................82 3. Objetivos..............................................................................................................................87 4. Parte experimental..............................................................................................................87 4.1. Reagentes e equipamentos.........................................................................................87 4.2. Oxidação da PTD, do PAF e a reação entre ambos................................................88 4.3. Produtos de oxidação da PTD, do PAF e da reação entre ambos.........................89 4.4. Monitoramento da PTD, do PAF e da reação entre ambos...................................90 4.5. Testes de mutagenicidade e toxicidade dos produtos formados pela reação de oxidação da PTD, do PAF, e da reação entre ambos....................................................91 4.6. Determinação de PTD e de PAF em amostras de águas e rejeitos de cabeleireiros por CLAE/DAD em MS/MS.....................................................................93 4.7. Estudo do comportamento eletrquímico e os mecanismos de transferência eletrônica da PTD e do PAF............................................................................................95 4.8. Determinação eletroquímica da PTD e do PAF em fluídos biológicos..................96 4.9. Comportamento de oxidação eletroquímica da queratina humana adsorvida no GCE (biossensor eletroquímico de queratina)..............................................................97 4.10. Estudo eletroquímico da queratina humana desnaturada adsorvida no GCE..97 4.11. Estudo eletroquímico da interação da queratina capilar humana com a PTD e o PAF no biossensor eletroquímico de queratina..........................................................98 4.12. Aquisição e apresentação de dados eletroquímicos..............................................99 4.13. Construção do suporte magnético para eletrodo impresso..................................99 4.14. Funcionalização das nanopartículas magnéticas (NPM) de grupos ácido carboxílicos com L-cisteína...........................................................................................100 João Carlos de Souza Doutorado em Química 41 4.15. Caracterização das NPM-AC-LC.........................................................................100 4.16. Comportamento eletroquímico da PTD e do PAF com as NPM-AC-LC.........101 4.17. Otimização dos parâmetros eletroquímicos........................................................102 4.18. Avaliação do efeito de matriz................................................................................101 5. Resultados e discussão......................................................................................................103 5.1. Oxidação da PTD, do PAF e a reação entre ambos..............................................103 5.1.1. Monitoramento da oxidação da PTD por espectrometria de massas (MS/MS).103 5.1.2. Monitoramento da oxidação da PTD por espectrofotometria UV-Vis...............107 5.1.3. Caracterização dos produtos de oxidação da PTD por espectrometria de infravermelho (IR).......................................................................................................109 5.1.4. Caracterização dos produtos de oxidação da PTD por 1H-RMN......................111 5.1.5. Reação de oxidação da PTD..............................................................................113 5.1.6. Monitoramento da oxidação do PAF por espectrometria de massas (MS/MS)115 5.1.7.Monitoramento da oxidação do PAF por espectrofotometria UV-Vis..............120 5.1.8. Caracterização dos produtos de oxidação do PAF por espectrometria de infravermelho (IR).......................................................................................................121 5.1.9. Caracterização dos produtos de oxidação da PTD por 1H-RMN......................126 5.1.10. Reação de oxidação da PTD............................................................................130 5.1.11. Monitoramento da reação entre a PTD e o PAF por espectrometria de massas (MS/MS)......................................................................................................................131 5.1.12. Monitoramento da reação entre a PTD e o PAF por espectrofotometria UV- Vis...............................................................................................................................140 5.1.13. Caracterização dos produtos da reação entre a PTD e o PAF por espectrometria de infravermelho (IR)..................................................................................................143 5.1.14. Caracterização dos produtos de reação entre a PTD e o PAF por 1H-RMN...150 5.1.15. Reação entre a PTD e o PAF..........................................................................153 5.2. Testes de mutagenicidade e toxicidade dos produtos formados pela reação de oxidação da PTD, do PAF e da reação entre ambos.....................................................154 5.3. Desenvolvimento da metodologia analítica para a determinação de PTD e PAF em amostras de águas e rejeitos de salão de cabeleireiros por CLAE/DAD e MS- MS......................................................................................................................................161 5.4. Comportamento eletroquímico da PTD e do PAF no GCE..................................169 5.4.1. Voltametria cíclica (CV)...................................................................................169 João Carlos de Souza Doutorado em Química 42 5.4.2. Voltametria de pulso diferencial (DPV)............................................................172 5.4.3. Voltametria de onda quadrada (SWW).............................................................175 5.5. Determinação eletroquímica da PTD e do PAF em fluídos biológicos.................176 5.6. Comportamento de oxidação eletroquímica da queratina humana adsorvida no GCE (biossensor eletroquímico de queratina)...............................................................179 5.7. Estudo eletroquímico da queratina humana desnaturada adsorvida no GCE...183 5.8. Estudo eletroquímico da interação da queratina capilar humana com PTD e PAF no biossensor eletroquímico de queratina......................................................................186 5.9. Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS)...............................................190 5.10. Funcionalização das NPM de grupos ácido carboxílico com L-cisteína.............193 5.11. Caracterização das NPM-AC-LC..........................................................................193 5.12. Comportamento eletroquímico da PTD e do PAF sobre as NPM-AC-LC........201 5.13. Otimização dos parâmetros eletroquímicos..........................................................204 6. Considerações Finais.........................................................................................................207 7. Referências bibliográficas................................................................................................209 Apêndice.................................................................................................................................231 João Carlos de Souza Doutorado em Química 42 1. Introdução O cabelo é um componente muito importante do corpo dos mamíferos, pois é um revestimento externo que colabora para criar uma barreira de proteção do animal e o ambiente ao qual ele está inserido (1,2). Embora não possua uma função biológica vital nos seres humanos, os cabelos possuem significados psicológicos consideráveis, tendo papel fundamental na construção da imagem e na identificação corporal de homens e mulheres (1- 5). O comprimento, cor e estilo dos cabelos são imprencindíveis para a aparência física e auto-percepção, podendo ser modificados de acordo com o desejo e de como o indivíduo quer ser visto diante dos demais (5). Diferente de outros atributos físicos, a mudança nos cabelos podem ser facilmente realizadas, sem a necessidade de se recorrer a um procedimento cirúrgico (3,4,6). Talvez por esta razão, desde a antiguidade, os homens têm desenvolvido produtos e técnicas que buscam as mais diversas mudanças e alterações nas características físicas dos cabelos como: cor, textura e forma. (1,4) O ser humano ao longo de sua existência sempre destinou parte de seus cuidados pessoais aos cabelos, o que pode ser comprovado pela imensa quantidade de produtos cosméticos e farmacêuticos criados, cujas funções vão desde uma simples limpeza, restauração de fios danificados, alterações das características físicas, até a remediação contra a queda, a cálvice e demais doenças inerentes aos cabelos. Diante da vasta variedade de produtos destacam-se os corantes capilares, que tem como função primordial devolver e/ou alterar a pigmentação natural dos cabelos. (4,7) As tinturas capilares são classificadas, de acordo com a origem, em tinturas vegetais, onde a tintura é obtida ou extraída de plantas ou parte delas (ex. henna, camomila e cinchona), em minerais ou metálicos, onde alguns minerais ou sais metálicos são utilizados para escurecer ou clarear gradualmente os cabelos (ex. nitrato de prata ou sais de chumbo), e em sintéticas, que são classificadas de acordo com a resistência à lavagem e pelo grau de permanência. (2,8-10) As tinturas sintéticas capilares podem ser basicamente classificadas como: temporárias, semipermanentes e permanentes (2,4,8,11-13,16-18). Dentre estas, as tinturas permanentes são as mais utilizadas e representa ao redor de 80% dos corantes usados no mercado mundial, devido principalmente à sua durabilidade, versatilidade e facilidade de aplicação. (8,12,17) João Carlos de Souza Doutorado em Química 43 O uso de corantes capilares sintéticos aumentou significativamente ao longo dos anos em todo o planeta, isto se deve ao fato do consumidor ter uma variedade cada vez maior de produtos de diferentes marcas, composições e colorações à sua disposição. As mulheres são as maiores consumidoras, onde atualmente mais de 50% das mulheres em todo o mundo fazem o uso de tinturas de cabelos sintéticas comerciais. Dentre os homens, acredita-se que pelo menos 25% dos homens em todo o planeta fazem regularmente o uso de tinturas de cabelos sintéticas comerciais. (11,14-21) Nos Estados Unidos, aproximadamente 33% das mulheres com idade superior a 18 anos e mais de 10% dos homens com mais de 40 anos colorem seus cabelos (8,11,22,23). Dentro deste panorama, o Brasil não fica muito atrás. Uma pesquisa realizada pelo Target Group Index mostrou que cerca de 26% da população adulta utiliza com frequência tintura para os cabelos, sendo que desse total de pessoas, 85% é composto por mulheres e 15% por homens. (8) O processo químico de tingimento dos cabelos com corantes permanentes é bastante complexo, envolvendo múltiplos componentes com diferentes funções e baseado em processos tecnológicos desenvolvidos e aprimorados há mais de 150 anos. Em um tingimento rotineiro, o processo é basicamente norteado por complexas reações oxidativas entre duas substâncias misturadas em meio alcalino e oxidante. (8,24-27) Uma dessas substâncias utilizadas na composição da cor de corantes capilares permanentes é o intermediário primário, que também é denominado de agente precursor. O agente precursor consiste basicamente de aminas aromáticas orto e para-substituídas com grupos amino e/ou hidroxilas, tal como a p-fenilenodiamina (PFD), a p-toluenodiamina (PTD), o p-aminofenol (PAF) e seus derivados (2,11,13,23,27). Outro componente utilizado na mistura é o agente acoplador ou modificador, onde são muito utilizados os derivados aromáticos meta-substituídos, tal como: m-fenilenodiaminas, os m-aminofenóis, resorcinol (RSN), naftol, dentre outros. Os acopladores são substâncias que tem a função de determinar a cor final da coloração, por meio da reação com a forma oxidada dos intermediários primários, em uma proporção molar aproximada de (1:1), seguida por outras reações de acoplamento oxidativo. (2,8,11,27) Por fim, é utilizado um agente oxidante em meio alcalino. Preponderantemente é preferido o uso do peróxido de hidrogênio na presença de amônia. (4,8,27) Diante desses componentes, o processo de tintura permanente ocorre com a mistura do intermediário primário e o agente acoplador em meio alcalino na presença de uma solução de João Carlos de Souza Doutorado em Química 44 peróxido de hidrogênio. A mistura então é aplicada nos cabelos, onde os precursores, e os acopladores juntamente com o peróxido de hidrogênio difundem para o interior do fio de cabelo, onde após reações químicas específicas forma-se um composto colorido com alta massa molar que são absorvidos pelo córtex capilar. (4,8,27) De modo geral, os compostos químicos presentes nas tinturas capilares sintéticas permanentes como precursores, acopladores, aditivos, entre outros são considerados, de certa forma, os compostos mais reativos da indústria cosmética, o que faz a formação da cor permanente um processo complexo e que envolve sequencialmente a oxidação do intermediário primário com vários acopladores. (8) A tonalidade final da coloração depende principalmente da composição, da quantidade e da natureza dos produtos utilizados. Depende também do pH, do tempo, da temperatura de reação e da velocidade de difusão dos componentes para o interior do fio de cabelo. Deste modo, após um processo rotineiro de tintura, pode-se encontrar nas formulações de tinturas de cabelos diferentes produtos químicos imprescindíveis para desenvolvimento da cor, persistência e estabilidade, além de grande profusão de corantes com as mais diversas características. Assim, a tintura de cabelo é uma arte ditada pela cinética química de uma complexa reação e por mecanismos de difusão. (18,27) Ao longo dos anos a PTD e o PAF veem sendo cada vez mais utilizados nas composições de tinturas capilares permanentes (8,25,28-30). Em alguns casos, como por exemplo no leste europeu, a PTD é utilizada em muitas formulações para substituir a PFD (8,28,29). Além disso, a PTD é também muito utilizada como intensificador de cor na produção de tintas para tatuagens de henna e síntese de alguns azo corantes, como o vermelho básico 2 e o marrom ácido 103. (28,30) Atualmente, a classe das arildiaminas, a qual pertence a PFD, a PTD e seus derivados, tem preocupado cada vez mais as agências de saúde e de meio ambiente ao redor do mundo a respeito dos aspectos ambientais e toxicológicos (8,28). Isso faz que com que essas substâncias fiquem sujeitas a regras e regulamentos mais criteriosos e exigentes. A The European Economic Community Cosmetics determinou, em uma diretiva, valores limites de concentração máxima permitida de diversas fenilenodiaminas nas composições de corantes capilares