Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Borges, Maurício Rodrigues
Data de Publicação: 2007
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/12874
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
id UFRN_f46e847807702e8992b4077b34c5de72
oai_identifier_str oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/12874
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Borges, Maurício Rodrigueshttp://lattes.cnpq.br/7409076038495589http://lattes.cnpq.br/7711521318854102Bon, Elba Pinto da Silvahttp://lattes.cnpq.br/4489641178548782Paula, Regina Célia Monteiro dehttp://lattes.cnpq.br/5685898279302235Pereira, Márcia Rodrigueshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788568T8Costa, Martahttp://lattes.cnpq.br/7623147392470166Balaban, Rosângela de Carvalho2014-12-17T14:07:23Z2007-08-312014-12-17T14:07:23Z2007-03-12BORGES, 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.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/12874Sugar 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 productsÉsteres 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 testadosapplication/pdfporUniversidade Federal do Rio Grande do NortePrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUFRNBRProcessamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a partSíntese enzimáticaBiossurfactantesBiopolímerosÉsteres de açúcarPolímeros de açúcarEnzymatic synthesisBiosurfactantsBiopolymersSugar estersSugar polymersCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICASíntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente segurosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALSínteseEnzimáticaEsteres_Borges_2007.pdfapplication/pdf2052566https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/1/S%c3%adnteseEnzim%c3%a1ticaEsteres_Borges_2007.pdfecabe62a65c1b9db9e09054f3321c5b1MD51TEXTMauricioRB.pdf.txtMauricioRB.pdf.txtExtracted texttext/plain341865https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/6/MauricioRB.pdf.txt5b6352033e8908293db67fd1e61ebf3fMD56SínteseEnzimáticaEsteres_Borges_2007.pdf.txtSínteseEnzimáticaEsteres_Borges_2007.pdf.txtExtracted texttext/plain341865https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/8/S%c3%adnteseEnzim%c3%a1ticaEsteres_Borges_2007.pdf.txt5b6352033e8908293db67fd1e61ebf3fMD58THUMBNAILMauricioRB.pdf.jpgMauricioRB.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg2176https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/7/MauricioRB.pdf.jpgf677ea33b91117f65b23871eee8ebefeMD57SínteseEnzimáticaEsteres_Borges_2007.pdf.jpgSínteseEnzimáticaEsteres_Borges_2007.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg2176https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/9/S%c3%adnteseEnzim%c3%a1ticaEsteres_Borges_2007.pdf.jpgf677ea33b91117f65b23871eee8ebefeMD59123456789/128742019-01-29 18:37:40.565oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/12874Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2019-01-29T21:37:40Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.por.fl_str_mv Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
title Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
spellingShingle Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
Borges, Maurício Rodrigues
Síntese enzimática
Biossurfactantes
Biopolímeros
Ésteres de açúcar
Polímeros de açúcar
Enzymatic synthesis
Biosurfactants
Biopolymers
Sugar esters
Sugar polymers
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
title_short Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
title_full Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
title_fullStr Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
title_full_unstemmed Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
title_sort Síntese enzimática de ésteres de açúcar: surfactantes e polímeros como novos materiais ambientalmente seguros
author Borges, Maurício Rodrigues
author_facet Borges, Maurício Rodrigues
author_role author
dc.contributor.authorID.por.fl_str_mv
dc.contributor.authorLattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7409076038495589
dc.contributor.advisorID.por.fl_str_mv
dc.contributor.advisorLattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7711521318854102
dc.contributor.referees1.pt_BR.fl_str_mv Bon, Elba Pinto da Silva
dc.contributor.referees1ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees1Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4489641178548782
dc.contributor.referees2.pt_BR.fl_str_mv Paula, Regina Célia Monteiro de
dc.contributor.referees2ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees2Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5685898279302235
dc.contributor.referees3.pt_BR.fl_str_mv Pereira, Márcia Rodrigues
dc.contributor.referees3ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees3Lattes.por.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4788568T8
dc.contributor.referees4.pt_BR.fl_str_mv Costa, Marta
dc.contributor.referees4ID.por.fl_str_mv
dc.contributor.referees4Lattes.por.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7623147392470166
dc.contributor.author.fl_str_mv Borges, Maurício Rodrigues
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Balaban, Rosângela de Carvalho
contributor_str_mv Balaban, Rosângela de Carvalho
dc.subject.por.fl_str_mv Síntese enzimática
Biossurfactantes
Biopolímeros
Ésteres de açúcar
Polímeros de açúcar
topic Síntese enzimática
Biossurfactantes
Biopolímeros
Ésteres de açúcar
Polímeros de açúcar
Enzymatic synthesis
Biosurfactants
Biopolymers
Sugar esters
Sugar polymers
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.subject.eng.fl_str_mv Enzymatic synthesis
Biosurfactants
Biopolymers
Sugar esters
Sugar polymers
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
description 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
publishDate 2007
dc.date.available.fl_str_mv 2007-08-31
2014-12-17T14:07:23Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2007-03-12
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2014-12-17T14:07:23Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv 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.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/12874
identifier_str_mv 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.
url https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/12874
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFRN
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Processamento de Materiais a partir do Pó; Polímeros e Compósitos; Processamento de Materiais a part
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/1/S%c3%adnteseEnzim%c3%a1ticaEsteres_Borges_2007.pdf
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/6/MauricioRB.pdf.txt
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/8/S%c3%adnteseEnzim%c3%a1ticaEsteres_Borges_2007.pdf.txt
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/7/MauricioRB.pdf.jpg
https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/12874/9/S%c3%adnteseEnzim%c3%a1ticaEsteres_Borges_2007.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv ecabe62a65c1b9db9e09054f3321c5b1
5b6352033e8908293db67fd1e61ebf3f
5b6352033e8908293db67fd1e61ebf3f
f677ea33b91117f65b23871eee8ebefe
f677ea33b91117f65b23871eee8ebefe
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1814832664009506816