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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/37091| Tipo: | Tese |
| Título: | Novas fronteiras em biocatálise lipases imobilizadas em quitosana-EDTA com aplicação na resolução de (R,S)-1-feniletanol e lipases livres em reações sequenciais e multicomponentes |
| Autor(es): | Magalhães, Renata Rodrigues |
| Primeiro Orientador: | Vale, Juliana Alves |
| Resumo: | A Química está constantemente caminhando em direção a compatibilidade ambiental, por isso a Química Verde vem sendo o objetivo final da maioria dos projetos acadêmicos e industriais. É nesse sentido que a aplicação de enzimas como catalisadores de reações químicas ganha visibilidade. Por sua vez, a imobilização de enzimas vem para resolver problemas de solubilidade e estabilidade das enzimas livres. Além disso, o desenvolvimento de técnicas e a busca por novos suportes permitem a melhoria de outras propriedades como atividade, seletividade, inibição e resistência química. A quitosana é um suporte bastante conhecido da tecnologia enzimática e uma das suas características principais é a capacidade de admitir modificações químicas em sua estrutura. Este trabalho objetivou a na funcionalização da quitosana com EDTA (CHT-EDTA) e sua aplicação como suporte na imobilização das lipases de Burkholderia cepacia (BCL), Candida rugosa (CRL) e Aspergillus niger (ANL). A atividade enzimática e a estabilidade das lipases, antes e depois da conjugação ao suporte, foram avaliadas sob diferentes condições (pH, temperatura e solventes orgânicos) e comparadas com as da lipase livre, seguindo a hidrólise do p-nitrofenil palmitato (p-NPP). Mudanças conformacionais foram investigadas utilizando espectroscopia de Transformada de Fourier no Infravermelho (FTIR), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM) e Análise Termogravimétrica (TGA). A capacidade de adsorção das lipases na superfície de CHT-EDTA aumentou com o tempo de contato, em um valor de pH ideal (pH 6,5). Os resultados revelaram que 112 mg/g para BCL/CHT-EDTA foi a quantidade mais significativa de lipase adsorvida, seguida de CRL com 106 mg∙g−1 e ANL com 53 mg∙g−1, correspondendo a eficiências máximas de imobilização de 72%, 69% e 45%, respectivamente. As enzimas imobilizadas demonstraram atividade enzimática de 1.539 U/g para BCL/CHT- EDTA, seguidas por CRL/CHT-EDTA e ANL/CHT-EDTA com 1.409 e 1.063 U/g, respectivamente. BCL/CHT-EDTA foi então escolhida para estudar a resolução de R,S-1- fenilethanol, alcançando 99,9% de eeP, 82% de eeS e 45% de conversão (E > 200). BCL/CHT-EDTA manteve a alta enantiosseletividade (eeP>99,9%), mesmo após os quatro ciclos de reutilização. As enzimas nas suas formas livres também foram exploradas como uma estratégia para síntese de moléculas orgânicas, obtendo produtos em condições amenas e de maneira eficiente. Nesse sentido, as lipases BCL, CRL, ANL, Lipase A de Candida antartica (CALA) imobilizada em Immobead 150 e Resina acrílica de lipase de Candida antarctica (CALB) foram aplicadas como biocatalisador na síntese de derivados de xantenos, cromenos e espirooxindóis. A CRL destacou-se com uma catálise 10 vezes mais rápida que as demais lipases, sendo assim selecionada como biocatalisador para as reações subsequentes. A síntese de derivados de xantenos (1a-h) foi realizada com diversos salicilaldeídos e dimedona, alcançando tempos reacionais curtos (10-80 min) e rendimentos elevados (88- 94,4%), com recuperação e reutilização da CRL por até quatro ciclos consecutivos. A metodologia otimizada para os xantenos também foi aplicada na síntese de derivados de cromenos (2a-o) e espirooxindóis (3a-h), empregando diferentes benzaldeídos/isatinas, dimedona e malononitrila. Os compostos 1 e 2 foram avaliados quanto à atividade antimicrobiana por meio de testes in vitro. Os compostos 1d (com substituinte -NO2), 2c (com substituinte -Br) e 2i (com substituinte -OCH3) apresentaram resultados promissores, com Concentração Inibitória Mínima (CIM) de 128, 64 e 64 μg/mL, respectivamente, para a maioria dos micro-organismos testados. |
| Abstract: | Chemistry is constantly advancing toward environmental compatibility, making Green Chemistry the ultimate goal of most academic and industrial projects. In this context, the application of enzymes as catalysts for chemical reactions has gained prominence. Enzyme immobilization, in turn, addresses issues related to the solubility and stability of free enzymes. Furthermore, the development of techniques and the search for new supports improve other properties, such as activity, selectivity, inhibition, and chemical resistance. Chitosan is a well- known support in enzymatic technology, with one of its main features being its ability to undergo chemical modifications. This study focused on the functionalization of chitosan with EDTA (CHT-EDTA) and its application as a support for the immobilization of lipases from Burkholderia cepacia (BCL), Candida rugosa (CRL), and Aspergillus niger (ANL). The enzymatic activity and stability of the lipases, before and after conjugation to the support, were evaluated under different conditions (pH, temperature, and organic solvents) and compared to those of free lipase by monitoring the hydrolysis of p-nitrophenyl palmitate (p- NPP). Conformational changes were investigated using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Thermogravimetric Analysis (TGA). The adsorption capacity of lipases on the CHT-EDTA surface increased with contact time at an optimal pH value (pH 6.5). The results revealed that 112 mg/g for BCL/CHT-EDTA was the highest amount of adsorbed lipase, followed by CRL with 106 mg/g and ANL with 53 mg/g, corresponding to maximum immobilization efficiencies of 72%, 69%, and 45%, respectively. The immobilized enzymes demonstrated enzymatic activities of 1,539 U/g for BCL/CHT-EDTA, followed by CRL/CHT-EDTA and ANL/CHT- EDTA with 1,409 and 1,063 U/g, respectively. BCL/CHT-EDTA was then chosen for studying the resolution of R,S-1-phenylethanol, achieving 99.9% of eeP, 82% of eeS , and 45% conversion (E > 200). BCL/CHT-EDTA maintained high enantioselectivity (eeP, > 99.9%) even after four reuse cycles. The free enzymes were also explored as a strategy for the synthesis of organic molecules, producing compounds under mild and efficient conditions. In this regard, BCL, CRL, ANL, Candida antarctica Lipase A (CALA) immobilized on Immobead 150, and Candida antarctica Lipase B (CALB) immobilized on an acrylic resin were applied as biocatalysts in the synthesis of xanthene, chromene, and spirooxindole derivatives. CRL stood out with a catalytic rate 10 times faster than the other lipases, making it the selected biocatalyst for subsequent reactions. The synthesis of xanthene derivatives (1a-h) was carried out with various salicylaldehydes and dimedone, achieving short reaction times (10–80 min) and high yields (88–94.4%), with CRL recovery and reuse for up to four consecutive cycles. The optimized methodology for xanthenes was also applied to the synthesis of chromene (2a-o) and spirooxindole derivatives (3a-h), employing different benzaldehydes/isatins, dimedone, and malononitrile. Compounds 1 and 2 were evaluated for antimicrobial activity through in vitro assays. Compounds 1d (with -NO2 substituent), 2c (with -Br substituent), and 2e (with -OCH3 substituent) showed promising results, with Minimum Inhibitory Concentrations (MIC) of 128, 64, and 64 μg/mL, respectively, for most of the tested microorganisms. |
| Palavras-chave: | Polissacarídeo - Quitosana Quitosana modificada com EDTA Biocatalisadores Lipase - Imobilização Reações não convencionais Biocatalysts Lipase Lipase immobilization Chitosan modified with EDTA Non-conventional reactions |
| CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Química |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Química |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
| URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/37091 |
| Data do documento: | 19-Fev-2025 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Química |
Arquivos associados a este item:
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