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Título: Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
Autor(es): Borges, Maurício Rodrigues
Palavras-chave: Síntese enzimática;Biossurfactantes;Biopolímeros;Ésteres de açúcar;Polímeros de açúcar;Enzymatic synthesis;Biosurfactants;Biopolymers;Sugar esters;Sugar polymers
Data do documento: 12-Mar-2007
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: BORGES, Maurício Rodrigues. Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros. 2007. 207 f. Tese (Doutorado em Processamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a part) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2007.
Resumo: 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
metadata.dc.description.resumo: Ésteres de açúcar são compostos que possuem ação surfactante, antifúngica e bactericida e podem ser obtidos a partir de duas fontes renováveis de matéria-prima: açúcares e óleos vegetais. Sua capacidade de se biodegradar, aliada ao fato de serem atóxicos, insípidos, inodoros, biocompatíveis, não-iônicos, digestíveis e resistirem a condições severas de temperatura, pH e salinidade, explicam o crescente emprego destas substâncias em diversos setores da indústria. O objetivo desta tese foi sintetizar e caracterizar surfactantes e polímeros, contendo açúcares ramificados em suas estruturas, através de transesterificação enzimática de ésteres vinílicos com açúcares, empregando-se protease alcalina de Bacíllus subtilis como catalisador, em meio orgânico (DMF). Foram empregados três tipos de açúcares: L-arabinose, D-glicose e sacarose e dois tipos de ésteres vinílicos: laurato de vinila e adipato de vinila. Para a obtenção de altas conversões de substratos em produtos, visando uma futura produção em larga escala, uma série de variáveis foram otimizadas, através de análise estatística experimental (DOE), por metodologia de resposta de superfície (RSM). As variáveis investigadas foram: (1) a concentração de enzima; (2) a razão molar entre substratos; (3) a razão água/solvente orgânico; (4) a temperatura e (5) o tempo. Foram obtidos seis ésteres de açúcar: 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 três últimos polimerizáveis. O progresso da reação foi monitorado por análise em HPLC, através do decréscimo da concentração de açúcar em relação ao branco. Análises qualitativas, por TLC, confirmaram a formação dos produtos. Foram obtidas conversões superiores a 98% na síntese do laurato de sacarose. Na purificação, foram adotadas duas metodologias: (1) coluna cromatográfica e (2) extração com acetona a quente. A posição de acilação e a estrutura química foram determinadas por 13C-RMN. A polimerização dos três ésteres de açúcar foi possível, através de catálise química, empregando-se H2O2 e K2S2O8 como iniciadores, a 60°C, por 24 horas. Espectros de IR dos polímeros foram comparados com os seus monômeros, revelando o desaparecimento do grupo vinil. As massas molares dos polímeros foram determinadas por GPC. Os polímeros de açúcar 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 ésteres de açúcar foram submetidos a ensaios de tensão superficial para a determinação das concentrações micelares críticas (CMC), que variaram de 122 a 167 ppm. Por fim, um estudo de aplicabilidade dos ésteres não polimerizáveis, como lubrificantes para fluidos de completação de poços de petróleo foi realizado, através de análise comparativa da eficiência destes, em relação a três lubrificantes comerciais. Os produtos sintetizados nesta tese apresentaram desempenho equivalente ou superior aos produtos comerciais testados
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/12874
Aparece nas coleções:PPGCEM - Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais

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