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Universidade de AveiroUniversidade de AveiroUniversidade de AveiroUniversidade de Aveiro
Departamento de QuímicaDepartamento de QuímicaDepartamento de QuímicaDepartamento de Química
Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de BiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculascom Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos com Sistemas Aquosos
BifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicos
Cláudia Louros nº 22271Cláudia Louros nº 22271Cláudia Louros nº 22271Cláudia Louros nº 22271
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ResumoResumoResumoResumoResumoResumoResumoResumo
1. 1. 1. 1. IntroduçãoIntroduçãoIntroduçãoIntrodução
2. 2. 2. 2. LI + KLI + KLI + KLI + K3333POPOPOPO4444+ H+ H+ H+ H2222O O O O ---- Sistemas TernáriosSistemas TernáriosSistemas TernáriosSistemas Ternários
2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados
2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental
2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais
2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões
3. 3. 3. 3. LI + Hidrato de Carbono + HLI + Hidrato de Carbono + HLI + Hidrato de Carbono + HLI + Hidrato de Carbono + H2222O O O O ---- Sistemas TernáriosSistemas TernáriosSistemas TernáriosSistemas Ternários
3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados
3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais
3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões
4. Conclusão Geral4. Conclusão Geral4. Conclusão Geral4. Conclusão Geral
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Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos Sistemas Aquosos BifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicosBifásicos -------- SABsSABsSABsSABsSABsSABsSABsSABs
1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução
Os SABs formam-se quando compostos mutuamente incompatíveis emiscíveis em água são adicionados promovendo a separação de fases:
� Polímero / Polímero
� Polímero / Sal
� Sal / Sal
Método cada vez mais usado em processos de extracção de biomoléculas.
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Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de BiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculas
Extracção Extracção Extracção Extracção LíqLíqLíqLíq----LíqLíqLíqLíq SABsSABsSABsSABs
Polímeros
SABsSABsSABsSABs
LIs + Sal +
1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução
• Perdas consideráveisEvaporação COVs
• Biomoléculasdegradam-se
facilmente
Orgânicos + H2O
Polímeros + Sal + H2O
LIs + Sal + H2O
• Sistemas específicos
• Propriedades limitadas
2009
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O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)? O que são Líquidos Iónicos (LIs)?
1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução
� São líquidos à temperatura ambiente, com pontos de fusão baixos
� Catiões orgânicos de grandes dimensões
� Aniões orgânicos ou inorgânicos
� Possíveis combinações catião/anião (“designer solvents”), é possível aselecção apropriada de propriedades químicas e físicas
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1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução
� Não são voláteis
� Não são inflamáveis
Propriedades dos LIsPropriedades dos LIsPropriedades dos LIsPropriedades dos LIsPropriedades dos LIsPropriedades dos LIsPropriedades dos LIsPropriedades dos LIs
� Elevada estabilidade térmica e química
� Elevada condutividade iónica
� Elevada capacidade de solvatação para variados compostos
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2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados2.1. LIs Estudados
2. LI + K2. LI + K2. LI + K2. LI + K2. LI + K2. LI + K2. LI + K2. LI + K33333333POPOPOPOPOPOPOPO4 4 4 4 4 4 4 4 + H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H22222222O O O O O O O O
TosilatoTosilatoTosilatoTosilato de de de de TriisobutilTriisobutilTriisobutilTriisobutil((((metilmetilmetilmetil))))fosfóniofosfóniofosfóniofosfónio(CYPHOS 106)(CYPHOS 106)(CYPHOS 106)(CYPHOS 106)
Cloreto de ColinaCloreto de ColinaCloreto de ColinaCloreto de Colina
MetilsulfatoMetilsulfatoMetilsulfatoMetilsulfato de de de de TributilTributilTributilTributil((((metilmetilmetilmetil))))fosfóniofosfóniofosfóniofosfónio(CYPHOS 108)(CYPHOS 108)(CYPHOS 108)(CYPHOS 108)
Brometo de Brometo de Brometo de Brometo de TetrabutilfosfónioTetrabutilfosfónioTetrabutilfosfónioTetrabutilfosfónio(CYPHOS 163)(CYPHOS 163)(CYPHOS 163)(CYPHOS 163)
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Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas BinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodais
LI 80% (m/LI 80% (m/LI 80% (m/LI 80% (m/mmmm) ) ) )
Sal (KSal (KSal (KSal (K3333POPOPOPO4444) ) ) )
2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental
Sal (KSal (KSal (KSal (K3333POPOPOPO4444) ) ) ) 40% (m/40% (m/40% (m/40% (m/mmmm) ) ) )
[1] J. C. Merchuk, B. A. Andrews and J. A. Asenjo, J. Chromatogr. B, 1998, 711, 285-293
....( ) ( )[ ]35.0exp CXBXAY −=
[1][1][1][1]
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Linhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de Equilíbrio
% LI (m/% LI (m/% LI (m/% LI (m/mmmm))))
% H% H% H% H2222O O O O (m/(m/(m/(m/mmmm))))
% K% K% K% K3333POPOPOPO4 4 4 4 (m/(m/(m/(m/mmmm))))
total
topo
mm
=α
Repouso 24 h
2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental
Fase Inferior
Fase Topo
( )35,0exp TTT XCXBAY −=
(XT , YT )
(XI , YI )
( )exp TTT XCXBAY −=
( )35,0exp III XCXBAY −=
IM
T YYY
−−=
α
α
α
1
IM
T XXX
−−=
α
α
α
1
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Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de BiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculas
a)a)a)a) b)b)b)b) c)c)c)c) d)d)d)d)
LI – Fase Rica
K3PO4 – Fase Rica
LI - Fase Rica
K3PO4 - Fase Rica
LI - Fase Rica
K3PO4 - Fase Rica
LI - Fase Rica
K3PO4 - Fase Rica
CompostoCompostoCompostoComposto λλλλ / / / / nmnmnmnm
a)a)a)a) L-triptofano 279
b) β-caroteno 512
c)c)c)c) Rodamina 6G 527
2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental2.2. Procedimento Experimental
Espectrofotómetro SHIMADZU UV-1700 Pharma-Spec
d)d)d)d) Cafeína 274
1:20 até0,5:250 (v/v)
[ ][ ]
43POK
LI
TrpTrp
=KTrpTrpTrpTrp
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2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados ExperimentaisCurvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas BinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodais
CYPHOS 163 CYPHOS 163 CYPHOS 163 CYPHOS 163 ≈≈≈≈ CYPHOS 106 CYPHOS 106 CYPHOS 106 CYPHOS 106 ≈≈≈≈ CYPHOS 108 > Cloreto de colina CYPHOS 108 > Cloreto de colina CYPHOS 108 > Cloreto de colina CYPHOS 108 > Cloreto de colina
http://path.web.ua.ptLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de Equilíbrio
2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais
http://path.web.ua.ptExtracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de BiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculas
2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais2.3. Resultados Experimentais
CafCafCafCaf
β----carcarcarcar
RodRodRodRod
TrpTrpTrpTrp
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2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões2.4. Conclusões
� Mostrou-se que os LIs da família dos fosfónios e colina promovem aseparação de fases na presença do sal inorgânico (K3PO4)
� CYPHOS 163 ≈ CYPHOS 106 ≈ CYPHOS 108 >>>> Cloreto de colina
� Quanto maior a proximidade da curva binodal à origem, maior zonabifásica correspondentebifásica correspondente
� Quanto mais afastada está a curva binodal do eixo dos Y ([LI]) maior éa capacidade do LI promover efeitos de “salting – out”
� Verificou-se ser possível manipular os Ki pela combinação apropriadade catião/anião dos LIs
� Os LIs mostram ser mais eficientes do que os sistemas convencionaisna extracção de biomoléculas (Ki mais elevados)
VoltarVoltarVoltarVoltar
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Extracção Extracção Extracção Extracção LiqLiqLiqLiq----LiqLiqLiqLiq
Orgânicos +
SABsSABsSABsSABs
Polímeros
SABsSABsSABsSABs
LIs + Hidratos de SABsSABsSABsSABs
LIs + Sal +
Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de BiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculasBiomoléculas
1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução1. Introdução
• Processos de extracção mais
complexos• Elevada carga iónica
• Reciclagem de LI• Baixa toxicidade
Orgânicos + H2O
Polímeros + Sal + H2O
LIs + Hidratos de Carbono + H2O
LIs + Sal + H2O
• Perdas consideráveisEvaporação COVs
• Biomoléculasdegradam-se
facilmente
• Sistemas específicos
• Propriedades limitadas
2009
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3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados3.1. LI e Hidratos de Carbono Estudados
DDDD----glucoseglucoseglucoseglucose DDDD----(+)(+)(+)(+)----manosemanosemanosemanose DDDD----(+)(+)(+)(+)----galactosegalactosegalactosegalactose
O
HO
HO
O
OH
OH
CH2OH
HO
OH
O
HOH2C
SacaroseSacaroseSacaroseSacarose
3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H3. LI + Hidrato de Carbono + H22222222O O O O O O O O
DDDD----(+)(+)(+)(+)----xilosexilosexilosexiloseLLLL----(+)(+)(+)(+)----arabinosearabinosearabinosearabinose DDDD----((((----))))----arabinosearabinosearabinosearabinoseLactoseLactoseLactoseLactose
SacaroseSacaroseSacaroseSacarose
MaltitolMaltitolMaltitolMaltitol SorbitolSorbitolSorbitolSorbitol XilitolXilitolXilitolXilitol[C[C[C[C4444mim][CFmim][CFmim][CFmim][CF3333SOSOSOSO3333]]]]
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3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados ExperimentaisCurvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas BinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodais com Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbono
Lactose > sacarose > Lactose > sacarose > Lactose > sacarose > Lactose > sacarose > DDDD----glucoseglucoseglucoseglucose > D> D> D> D----(+)(+)(+)(+)----galactosegalactosegalactosegalactose > D> D> D> D----(+)(+)(+)(+)----manosemanosemanosemanose > > > > DDDD----((((----))))----arabinosearabinosearabinosearabinose > L> L> L> L----(+)(+)(+)(+)----arabinosearabinosearabinosearabinose > D> D> D> D----(+)(+)(+)(+)----xilosexilosexilosexilose
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6,0
8,0
10,0
12,0S
O3]
/ (
mo
l.k
g-1
)
Maltitol
D-Sorbitol
Xilitol
Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas BinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodais com com com com com com com com PolióisPolióisPolióisPolióisPolióisPolióisPolióisPolióis3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais
0,0
2,0
4,0
6,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
[C4m
im][
CF
3S
O
[Hidratos de Carbono] / (mol.kg-1)
Xilitol
maltitolmaltitolmaltitolmaltitol > > > > DDDD----sorbitolsorbitolsorbitolsorbitol > > > > xilitolxilitolxilitolxilitol
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10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
22,0S
O3]
/ (
mo
l.k
g-1
)D-(+)-Xilose D-(+)-Galactose
D-Sorbitol Xilitol
Maltitol D-(-)-Arabinose
L-(+)-Arabinose D-Glucose
D-(+)-Manose Sacarose
Lactose
3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados ExperimentaisCurvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas Curvas BinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodaisBinodais com Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbonocom Hidratos de Carbono
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
[ C
4m
im][
CF
3S
O
[Hidratos de Carbono] / (mol.kg-1)
lactose > lactose > lactose > lactose > maltitolmaltitolmaltitolmaltitol > sacarose > sacarose > sacarose > sacarose ≈ DDDD----sorbitolsorbitolsorbitolsorbitol > > > > DDDD----glucoseglucoseglucoseglucose > D> D> D> D----(+)(+)(+)(+)----galactosegalactosegalactosegalactose > D> D> D> D----(+)(+)(+)(+)----manosemanosemanosemanose ≈xilitolxilitolxilitolxilitol > D> D> D> D----((((----))))----arabinosearabinosearabinosearabinose > L> L> L> L----(+)(+)(+)(+)----arabinosearabinosearabinosearabinose > D> D> D> D----(+)(+)(+)(+)----xilosexilosexilosexilose
http://path.web.ua.ptLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de EquilíbrioLinhas de Equilíbrio
3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais
http://path.web.ua.ptExtracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de Extracção de LLLLLLLL--------triptofanotriptofanotriptofanotriptofanotriptofanotriptofanotriptofanotriptofano
3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais3.2. Resultados Experimentais
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� A capacidade dos sacarídeos para promover a separação segue aordem: lactose > sacarose > D-glucose > D-(+)-galactose > D-(+)-manose> D-(-)-arabinose > L-(+)-arabinose > D-(+)-xilose
� Os polióis promovem a separação pela seguinte ordem: maltitol > D-sorbitol > xilitol
3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões3.3. Conclusões
sorbitol > xilitol
� Consegue-se até cerca de 50 % de extracção de L-triptofano com ossistemas ternários estudados
� A extracção promovida pelos sistemas convencionais (PEG compolissacarídeos) e pelos sistemas LI + Hidratos de Carbono + H2O éidêntica (KTrp≈ 1)
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4. Conclusão geral4. Conclusão geral4. Conclusão geral4. Conclusão geral4. Conclusão geral4. Conclusão geral4. Conclusão geral4. Conclusão geral
� É possível promover separação de fases utilizando LIs da família dosfosfónios e colina.
� Confirma-se que a partir dos SABs é possível a extracção debiomoléculas com elevado rendimento
� A natureza hidrofílica/hidrofóbica dos LIs é responsável pelos Ki
� É possível promover separação de fases e extracção de biomoléculasutilizando sistemas ternários com Hidratos de Carbono + LI + H2O
� Conclui-se que é possível a extracção de biomoléculas recorrendo aprocessos ambientalmente favoráveis, sem utilização de sais inorgânicos
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AgradecimentosAgradecimentosAgradecimentosAgradecimentosAgradecimentosAgradecimentosAgradecimentosAgradecimentos
ProfProf.. DoutorDoutor ArmandoArmando SilvestreSilvestreProfProf.. DoutorDoutor LuísLuís BelchiorBelchior
ProfProf.. DoutorDoutor JoãoJoão CoutinhoCoutinhoDoutoraDoutora MaraMara FreireFreireAoAo grupogrupo ee pelapela atençãoatenção dede todostodos
FIMFIMFIMFIMFIMFIMFIMFIMCláudia LourosCláudia LourosCláudia LourosCláudia LourosCláudia LourosCláudia LourosCláudia LourosCláudia Louros