Betalaínas são alcaloides encontrados em plantas e alguns fungos, que apresentam elevada capacidade antioxidante e uma gama de aplicações tecnológicas, incluindo produção e funcionalização de nanomateriais. Embora extratos e produtos contendo betalaínas tenham sido utilizados para síntese de nanopartículas (NPs) metálicas, os estudos sobre o papel das betalaínas neste processo ainda são limitados. Esta tese de doutorado investiga o uso de betalaínas como material de partida para a síntese e funcionalização de diferentes tipos de nanomateriais, estabelecendo relações estrutura-propriedade. Betanina, indicaxantina e ácido betalâmico foram usadas como redutores e estabilizantes para fabricar nanopartículas de ouro e prata e afetam o tamanho, grau de dispersão e morfologia das NPs. As AgNPs obtidas possuem atividade redox, atribuídas à betalaínas e seus produtos de degradação na superfície das NPs. Em seguida, uma betalaína ligada covalentemente a superfície de microesferas de polímero foi usada para fabricar nanopartículas de ouro e prata suportadas, e a presença da betalaína afetou o tamanho e morfologia das NPs. Com essa metodologia foi possível obter também nanopartículas magnéticas de óxido de Ferro (III). A adsorção das NPs na superfície do polímero permitiu o seu uso como nanocatalisadores reutilizáveis e recuperáveis com atividade catalítica em processos redox comparáveis àquelas observadas com as nanopartículas em suspensão. Por fim, betanina, indicaxantina, betaxantina-pirrolidina, ácido betalâmico e BeetBlue foram utilizadas como matéria prima para produção de pontos quânticos de carbono (carbon dots), nanopartículas de carbono fluorescentes e biocompatíveis. Os materiais foram caracterizados e relações entre a estrutura dos precursores e as suas propriedades fotofísicas e de transferência de elétron foram estabelecidas. Os resultados obtidos permitem otimizar a escolha de produtos naturais utilizados como matéria prima na produção de nanopartículas.

Betalains are alkaloids found in plants and fungi, with high antioxidant capacity e variety of technological applications, including production and functionalization of nanomaterials. Although extracts and products containing betalains have been used for the synthesis of metallic nanoparticles (NPs), studies about the role of betalains in this process are still limited. This doctoral thesis investigates the use of betalains as starting material to the synthesis and functionalization of different kinds of nanomaterials, establishing structure-properties relationships. Betanin, indicaxanthin and betalamic acid were used as reductants and capping agents to fabricate gold and silver nanoparticles, and these compounds affect size, dispersion e morphology of the NPs. The AgNPs possesses redox and photoredox activity, attributed to the betalains and their degradation products on the surface of the NPs. Then, a betalain covalently bonded to the surface of polymeric microspheres were used to produce supported AuNPs and AgNPs, and the presence of the betalain affected the NPs ´morphology. With this methodology it was also possible to obtain and modulate the morphology of magnetic NPs of iron oxide (III). The adsorption of the NPs on the surface of the polymer allowed its use as reusable and recoverable nanocatalysts in redox processes, comparable to nanoparticles in suspension. Finally, betanin, indicaxanthin, pyrrolidine-betaxanthin, betalamic acid and Beetblue were used as starting material to produce carbon quantum dots, fluorescent and biocompatible carbon nanoparticles. The materials were characterized, and the relationship between the precursors and the photophysical and electron transfer properties were established. The results allow the optimization of choice for natural products used as raw material to produce NPs with interesting properties.