S?ntese enzim?tica de ?steres de a??car: surfactantes e pol?meros como novos materiais ambientalmente seguros

• Main Author: Borges, Maur?cio Rodrigues
• Other Authors: CPF:65946499734
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal do Rio Grande do Norte 2014
• Subjects: S?ntese enzim?tica; Biossurfactantes; Biopol?meros; ?steres de a??car; Pol?meros de a??car; Enzymatic synthesis; Biosurfactants; Biopolymers; Sugar esters; Sugar polymers; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
• Online Access: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/12874

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:07:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MauricioRB.pdf: 2052566 bytes, checksum: ecabe62a65c1b9db9e09054f3321c5b1 (MD5) Previous issue date: 2007-03-12 === Sugar esters are substances which possess surfactant, antifungical and bactericidal actions and can be obtained through two renewable sources of raw materials: sugars and vegetable oils. Their excellent biodegradability, allied to lhe fact that they are non toxic, insipid, inodorous, biocompatible, no-ionic, digestible and because they can resist to adverse conditions of temperature, pH and salinity, explain lhe crescent use of these substances in several sections of lhe industry. The objective of this thesis was to synthesize and characterize surfactants and polymers containing sugar branched in their structures, through enzymatic transesterification of vinyl esters and sugars, using alkaline protease from Bacillus subtilis as catalyst, in organic medium (DMF).Three types of sugars were used: L-arabinose, D-glucose and sucrose and two types of vinyl esters: vinyl laurate and vinyl adipate. Aiming to reach high conversions from substrates to products for a possible future large scale industrial production, a serie of variables was optimized, through Design of Experiments (DOE), using Response Surface Methodology (RSM).The investigated variables were: (1) enzyme concentration; (2) molar reason of substrates; (3) water/solvent rale; (4) temperature and (5) time. We obtained six distinct sugar esters: 5-0-lauroyl L-arabinose, 6-0-lauroyl D-glucose, 1'-O-lauroyl sucrose, 5-0-vinyladipoyl L-arabinose, 6-0-vinyladipoyl D-glucose and 1 '-O-vinyladipoyl sucrose, being lhe last three polymerizable. The progress of lhe reaction was monitored by HPLC analysis, through lhe decrease of sugar concentration in comparison to lhe blank. Qualitative analysis by TLC confirmed lhe formation of lhe products. In lhe purification step, two methodologies were adopted: (1) chromatographic column and (2) extraction with hot acetone. The acylation position and lhe chemical structure were determined by 13C-RMN. The polymerization of lhe three vinyl sugar esters was possible, through chemical catalysis, using H2O2 and K2S2O8 as initiators, at 60?C, for 24 hours. IR spectra of lhe monomers and respective polymers were compared revealing lhe disappearance of lhe vinyl group in lhe polymer spectra. The molar weights of lhe polymers were determined by GPC and presented lhe following results: poly (5-0-vinyladipoyl L-arabinose): Mw = 7.2 X 104; PD = 2.48; poly (6-0-vinyladipoyl D-glucose): Mw = 2.7 X 103; PD = 1.75 and poly (1'-O-vinyladipoyl sucrose): Mw = 4.2 X 104; PD = 6.57. The six sugar esters were submitted to superficial tension tests for determination of the critical micelle concentrations (CMC), which varied from 122 to 167 ppm. Finally, a study of applicability of these sugar esters, as lubricants for completion fluids of petroleum wells was' accomplished through comparative analysis of lhe efficiency of these sugar esters, in relation to three commercial lubricants. The products synthesized in this thesis presented equivalent or superior action to lhe tested commercial products === ?steres de a??car s?o compostos que possuem a??o surfactante, antif?ngica e bactericida e podem ser obtidos a partir de duas fontes renov?veis de mat?ria-prima: a??cares e ?leos vegetais. Sua capacidade de se biodegradar, aliada ao fato de serem at?xicos, ins?pidos, inodoros, biocompat?veis, n?o-i?nicos, digest?veis e resistirem a condi??es severas de temperatura, pH e salinidade, explicam o crescente emprego destas subst?ncias em diversos setores da ind?stria. O objetivo desta tese foi sintetizar e caracterizar surfactantes e pol?meros, contendo a??cares ramificados em suas estruturas, atrav?s de transesterifica??o enzim?tica de ?steres vin?licos com a??cares, empregando-se protease alcalina de Bac?llus subtilis como catalisador, em meio org?nico (DMF). Foram empregados tr?s tipos de a??cares: L-arabinose, D-glicose e sacarose e dois tipos de ?steres vin?licos: laurato de vinila e adipato de vinila. Para a obten??o de altas convers?es de substratos em produtos, visando uma futura produ??o em larga escala, uma s?rie de vari?veis foram otimizadas, atrav?s de an?lise estat?stica experimental (DOE), por metodologia de resposta de superf?cie (RSM). As vari?veis investigadas foram: (1) a concentra??o de enzima; (2) a raz?o molar entre substratos; (3) a raz?o ?gua/solvente org?nico; (4) a temperatura e (5) o tempo. Foram obtidos seis ?steres de a??car: 5-0-lauroil L-arabinose, 6-0lauroil D-glicose, 1 '-O-Iauroil sacarose, 5-0-viniladipoil L-arabinose, 6-0viniladipoil D-glicose e 1 '-O-viniladipoil sacarose, sendo os tr?s ?ltimos polimeriz?veis. O progresso da rea??o foi monitorado por an?lise em HPLC, atrav?s do decr?scimo da concentra??o de a??car em rela??o ao branco. An?lises qualitativas, por TLC, confirmaram a forma??o dos produtos. Foram obtidas convers?es superiores a 98% na s?ntese do laurato de sacarose. Na purifica??o, foram adotadas duas metodologias: (1) coluna cromatogr?fica e (2) extra??o com acetona a quente. A posi??o de acila??o e a estrutura qu?mica foram determinadas por 13C-RMN. A polimeriza??o dos tr?s ?steres de a??car foi poss?vel, atrav?s de cat?lise qu?mica, empregando-se H2O2 e K2S2O8 como iniciadores, a 60?C, por 24 horas. Espectros de IR dos pol?meros foram comparados com os seus mon?meros, revelando o desaparecimento do grupo vinil. As massas molares dos pol?meros foram determinadas por GPC. Os pol?meros de a??car obtidos apresentaram as seguintes massas molares: poli (5-0-viniladipoil L-arabinose): Mw = 7,2 X 104; PD = 2,48; poli (6-0-viniladipoil D-glicose): Mw = 2,7 x 103; PD = 1,75 e poli (1 '-O-viniladipoil sacarose): Mw = 4,2 X 104; PD = 6,57. Os seis ?steres de a??car foram submetidos a ensaios de tens?o superficial para a determina??o das concentra??es micelares cr?ticas (CMC), que variaram de 122 a 167 ppm. Por fim, um estudo de aplicabilidade dos ?steres n?o polimeriz?veis, como lubrificantes para fluidos de completa??o de po?os de petr?leo foi realizado, atrav?s de an?lise comparativa da efici?ncia destes, em rela??o a tr?s lubrificantes comerciais. Os produtos sintetizados nesta tese apresentaram desempenho equivalente ou superior aos produtos comerciais testados