Desacetilação de beta-quitina assistida por ultra-som de alta intensidade: estudo dos efeitos da amplitude e do tempo de irradiação e da temperatura da reação

• Main Author: Jorge Augusto de Moura Delezuk
• Other Authors: Sergio Paulo Campana Filho
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2009
• Subjects: beta-quitina; desacetilação; quitosana; ultra-som; beta-chitin; chitosan; deacetylation; ultrasound
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75131/tde-25082009-111252/

A reação de desacetilação da beta-quitina assistida por ultra-som de alta intensidade foi estudada e os efeitos da amplitude e da duração da irradiação e da temperatura sobre a eficiência da reação e as características das quitosanas obtidas foram avaliadas. As espectroscopias de ressonância magnética nuclear e no infravermelho foram empregadas para a caracterização estrutural das amostras, enquanto que a difração de raios X e a microscopia eletrônica de varredura permitiram avaliar as suas características morfológicas. As titulações condutimétricas, as medidas de viscosidade e a cromatografia de exclusão por tamanho foram empregadas para as determinações de grau médio de acetilação e massas molares médias ponderal e viscosimétrica, respectivamente. As quitosanas do Conjunto I foram obtidas nos experimentos em que a amplitude (baixa, intermediária e alta) e a duração (30, 45 e 60 minutos) da irradiação foram variadas, enquanto aquelas do Conjunto II resultaram dos experimentos em que a temperatura (50, 60, 70 e 80ºC) e a amplitude (baixa, intermediária e alta) de irradiação foram variadas, sendo o tempo de irradiação fixado em 30 minutos. Os valores de grau médio de acetilação e a massa molar média viscosimétrica das amostras do Conjunto I variaram nos intervalos 7%<GA<25% e 1,0x105< v M <6,5x105 g/mol, respectivamente. Esses resultados revelam forte correlação entre a amplitude e o tempo de irradiação e as características estruturais das quitosanas, sendo os valores de GA e v M tanto menores quanto maiores a amplitude e a duração da irradiação. O intervalo de variação de GA das amostras do Conjunto II foi muito semelhante àquele das amostras do Conjunto I, porém quitosanas com massas molares mais elevadas foram obtidas no caso do Conjunto II (4,5x105< v M <7,1x105 g/mol). De acordo com os resultados desses experimentos, a temperatura exerce efeito mais importante do que o tempo de irradiação, principalmente sobre o caráter macromolecular das quitosanas obtidas. Independentemente do conjunto considerado (Conjunto I ou Conjunto II), os rendimentos (R) das reações foram elevados e variaram no intervalo 72%<R<90%, entretanto as análises de cromatografia de exclusão por tamanho revelaram que amostras do Conjunto II contêm produtos de baixa massa molar. Os resultados obtidos mostram que a desacetilação da beta-quitina assistida por ultrasom de alta intensidade se constitui em uma nova metodologia mais eficiente do que as convencionalmente empregadas nas indústrias e laboratórios de pesquisa para a produção de quitosanas. Assim, a escolha adequada dos parâmetros do processo permite a produção de quitosanas com massas molares elevadas (5,0-7,0 x 105 g/mol) e baixos graus de acetilação (<10%) em tempos mais curtos (30-60 minutos) e temperaturas mais baixas (<800C) do que as necessárias nos processos convencionais de desacetilação. === The deacetylation of beta-chitin assisted by high intensity ultrasound was studied and the effects of the irradiation amplitude and duration and of the temperature on the reaction efficiency as well as on the chitosan characteristics were evaluated. The nuclear magnetic ressonance and infrared spectroscopies were employed for the structural characterization while the X ray diffraction and the scanning electron microscopy allowed the evaluation of morphological characteristics. The average degree of acetylation was determined by titrimetry while the weight average molecular weight and the viscosity average molecular weight were determined by size-exclusion chromatography and viscometry, respectively. The chitosan samples pertaining to Group I were produced by carrying out the experiments in which the irradiation amplitude (low, intermediate and high) and the time (30, 45 and 60 minutes) were varied, while those of Group II resulted from experiments in which the temperature (50, 60, 70 e 800C) and the irradiation amplitude (low, intermediate and high) were varied, the irradiation time being fixed at 30 minutes. In Group I the values of average degree of acetylation and viscosity average molecular weight of the chitosans ranged as 7%<DA<25% and 1,0x105<Mv<6,5x105g/mol, respectively. These results evidenced a strong relationship between the irradiation amplitude and duration and the structural characteristics of chitosans, the values of DA and Mv being lower the higher the irradiaton amplitude and duration. The chitosans of Group II exhibited a DA range similar to that of the samples of Group I however the molecular weights of the chitosans were higher in Group II (4,5x105<Mv<7,1x105 g/mol). According to the results of such experiments, the temperature effect is more important than the irradiation duration effect, mainly on the macromolecular character of the chitosans. Regardless of the Group (Group I or II), the reaction yields (Y) were high and they were inserted in the range 72%<Y<90%. However, the size-exclusion chromatography analyses showed that the chitosans of Group II contained low molecular weight products. The results of this investigation showed that the high intensity ultrasound-assisted beta-chitin deacetylation is a novel process more efficient than those commonly used to produce chitosan in industries and in research laboratories. Thus, if the parameters process are adequately chosen, chitosans with high molecular weights (5,0-7,0 x 105 g/mol) and low average degrees of acetylation (<10%) are produced in shorter times and at lower temperatures than those tipically of the commonly used processes.