Ésteres de celulose: síntese, propriedades e preparação de mantas e esferas visando aplicações em imobilização de lipase
| dc.contributor | Universidade de São Paulo | |
| dc.contributor.author | 1 | |
| dc.date.issued | 2020-05-29 | |
| dc.description.abstract | <span style=\"font-weight: 400;\">O presente estudo teve como uma das metas a esterificação da celulose de linter de algodão em meio homogêneo, usando como sistema de solvente N,N- dimetilacetamida/cloreto de lítio (DMAc/LiCl), e anidrido hexanóico ou cloreto de benzoíla como agentes esterificantes. A celulose de linter de algodão foi utilizada por ser uma fonte de rápido crescimento e considerada a celulose de maior pureza isolada de fontes vegetais. Na síntese de ésteres de celulose (hexanoato, benzoato, bem com ésteres mistos, hexanoato-benzoato de celulose) visou-se obter diferentes graus de substituição (GS = 1, 2 e 3) por meio do ajuste da razão Mol<span style=\"font-weight: 400;\">ag. esterificante<span style=\"font-weight: 400;\">/Mol<span style=\"font-weight: 400;\">UAG<span style=\"font-weight: 400;\">. Os ésteres de celulose obtidos (caracterizados por FTIR, <span style=\"font-weight: 400;\">1<span style=\"font-weight: 400;\">H RMN e TGA) foram utilizados como materiais de partida na preparação de mantas (<span style=\"font-weight: 400;\">mats<span style=\"font-weight: 400;\">) e esferas, o que correspondeu a uma segunda meta do estudo. As mantas de hexanoato de celulose foram obtidas por meio da técnica de eletrofiação a partir de soluções de N,N- dimetilacetamida/tetraidrofurano (DMAc/THF), e mantas de benzoato de celulose e hexanoato-benzoato foram preparadas a partir de soluções de ácido trifluoroacético (TFA). A eletrofiação resultou em redes de fibras ultrafinas (> 100 nm) em um amplo intervalo de diâmetro, por meio da variação das condições experimentais como taxa de fluxo (5,5, 15,5 e 45,5 μL.min<span style=\"font-weight: 400;\">-1<span style=\"font-weight: 400;\">), distância (5, 10, 15 e 25 cm), tensão (10, 15, 20 e 25 kV) e concentração (7, 9, 11, 13 e 15%). As micrografias(Microscopia Eletrônica de Varredura), indicaram que um menor fluxo de injeção favoreceu a formação de fibras ultrafinas de até 150 nm. As esferas foram obtidas por meio de gotejamento de uma solução de éster de celulose e acetona em contra solvente (água ou metanol). As esferas obtidas em água apresentaram diâmetros ligeiramente maiores e superfície menos rugosa, quando comparadas as esferas obtidas em metanol. Mantas e esferas de ésteres de celulose, selecionadas a partir dos resultados das respectivas caracterizações, foram utilizados como suporte para imobilização de lipases de <span style=\"font-weight: 400;\">Pseudomonas fluorescens <span style=\"font-weight: 400;\">(LPF) por encapsulamento, e posteriormente, aplicados na resolução cinética enzimática de cloridrinas racêmicas por meio de reação com acetato de vinila catalisada por lipase imobilizada, sendo esta etapa correspondente à terceira meta deste estudo. A resolução cinética foi analisada por Cromatógrafo a Gás acoplado a um detector de ionização de chama (CG-DIC) para a determinação dos parâmetros da reação. A lipase referência, não imobilizada, apresentou conversão moderada (<span style=\"font-weight: 400;\">c <span style=\"font-weight: 400;\">= 34%), excelente pureza enantiomérica (<span style=\"font-weight: 400;\">eep <span style=\"font-weight: 400;\">= 98%) e excelente razão enantiomérica (E = 212). Lipase imobilizada em mantas não apresentou atividade catalítica, provavelmente devido à tensão aplicada durante a eletrofiação, o que pode ter inativados as enzimas, e/ou devido à aplicação das mantas sobre suporte, o que pode ter prejudicado o acesso às enzimas. Para esferas de Hex 12 (15% LPF) obtidas usando água como contra solvente, os resultados se mostraram promissores, a conversão superior após 120h de reação (<span style=\"font-weight: 400;\">c <span style=\"font-weight: 400;\">= 40%) e pureza enantiomérica do produto 94%. Reutilizando as esferas em um segundo ciclo, observou-se uma redução de 24% da taxa de conversão de reação. A partir do conhecimento que se tem, este estudo pode ser considerado inédito, e pavimenta o caminho para aprofundamento de investigações sobre o assunto endereçado nele. | |
| dc.description.abstract | <span style=\"font-weight: 400;\">The aim of the present study was the esterification of cotton linter cellulose in homogeneous medium, using as solvent system N, N-dimethylacetamide/lithium chloride (DMAc/LiCl), and hexanoic anhydride or benzoyl chloride as esterifying agents. Cotton linter cellulose was used because it is a fast-growing source and is considered the highest purity cellulose isolated from plant sources. The synthesis of cellulose esters (hexanoate, benzoate, as well as mixed esters, cellulose hexanoate- benzoate) aimed to obtain different degrees of substitution (GS = 1, 2 and 3) by adjusting the Mol<span style=\"font-weight: 400;\">esterifying agent<span style=\"font-weight: 400;\">/ Mol<span style=\"font-weight: 400;\">AGU <span style=\"font-weight: 400;\">ratio. The obtained cellulose esters (characterized by FTIR, <span style=\"font-weight: 400;\">1<span style=\"font-weight: 400;\">H NMR, and TGA) were used as starting materials in the preparation of mats and spheres, which corresponded to a second goal of the study. Cellulose hexanoate mats were obtained by electrospinning technique from N,N- dimethylacetamide/tetrahydrofuran (DMAc/THF) solutions, and cellulose benzoate and hexanoate benzoate mats were prepared from trifluoroacetic acid (TFA) solutions. Electrospinning resulted in ultrathin fiber networks (> 100 nm) over a wide diameter range by varying the experimental conditions such as flow rate (5.5, 15.5 and 45.5 μL.min<span style=\"font-weight: 400;\">-1<span style=\"font-weight: 400;\">), distance (5, 10, 15 and 25 cm), voltage (10, 15, 20 and 25 kV) and concentration (7, 9, 11, 13 and 15%). SEM micrographs indicated that a smaller injection flow favored the formation of ultrathin fibers up to 150 nm. The spheres were prepared by dripping a solution of cellulose ester and acetone in counter solvent (water or methanol). The spheres obtained in water had slightly larger diameters and less rough surface when compared to spheres obtained in methanol. Mats and spheres of cellulose esters, selected from the results of the respective characterizations, were used as supports for immobilization of <span style=\"font-weight: 400;\">Pseudomonas fluorescens <span style=\"font-weight: 400;\">lipases (PFL) by encapsulation and subsequently applied to the enzymatic kinetic resolution of racemic hydrochlorins by reaction with vinyl acetate catalyzed by immobilized lipase, this step is the third goal of this study. The kinetic resolution was analyzed by Gas Chromatography coupled to a flame ionization detector (GC-FID) to determine the reaction parameters. The non-immobilized reference lipase showed moderate conversion (<span style=\"font-weight: 400;\">c <span style=\"font-weight: 400;\">= 34%), excellent enantiomeric purity (<span style=\"font-weight: 400;\">ee<span style=\"font-weight: 400;\">p <span style=\"font-weight: 400;\">= 98%), and excellent enantiomeric ratio (E = 212). Lipase immobilized in mats did not show catalytic activity, probably due to the voltage applied during electroporation, which may have inactivated the enzymes, and/or the application of the blankets on support, which may have impaired enzyme access. For Hex 12 beads (15% LPF) obtained using water as a counter solvent, the results were promising, superior conversion after 120h reaction (<span style=\"font-weight: 400;\">c <span style=\"font-weight: 400;\">= 40%) and 94% enantiomeric purity. By reusing the spheres in a second cycle, a 24% reduction in the reaction conversion rate was observed. To our knowledge, this study is unprecedented and paves the way for further investigations on the subject addressed in it. | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.identifier.doi | 10.11606/D.75.2019.tde-28052020-155912 | |
| dc.identifier.uri | http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75134/tde-28052020-155912/ | |
| dc.language | pt | |
| dc.rights.holder | 1 | |
| dc.subject | imobilização enzimática | |
| dc.subject | ésteres de celulose | |
| dc.subject | esferas | |
| dc.subject | eletrofiação | |
| dc.subject | celulose de linter | |
| dc.subject | electrospinning | |
| dc.subject | celulose esters | |
| dc.subject | enzyme immobilization | |
| dc.subject | cellulose linters | |
| dc.subject | beads | |
| dc.title | Ésteres de celulose: síntese, propriedades e preparação de mantas e esferas visando aplicações em imobilização de lipase | |
| dc.title.alternative | Cellulose esters: synthesis, properties, and preparation of mats and beads applied in lipase immobilization | |
| dc.type | Dissertação de Mestrado | |
| usp.advisor | Frollini, Elisabete | |
| usp.date.defense | 2019-11-29 |