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Título: Resolução de álcoois alílicos catalisada por diferentes lipases imobilizadas em nanotubos de carbono de paredes múltiplas
Título(s) alternativo(s): Resolution of allylic alcohols catalyzed by different lipases immobilized in multi walled carbon nanotubes
Autor(es): Dias, Michele do Rocio Gonçalves
Orientador(es): Pilissão, Cristiane
Palavras-chave: Lipase
Enzimas
Nanotubos
Cinética
Química orgânica
Lipase
Enzymes
Nanotubes
Chemical kinetics
Chemistry, Organic
Data do documento: 26-Abr-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: DIAS, Michele do Rocio Gonçalves. Resolução de álcoois alílicos catalisada por diferentes lipases imobilizadas em nanotubos de carbono de paredes múltiplas. 2018. 129. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.
Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência catalítica de diferentes lipases, na sua forma livre e imobilizada em nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs), na resolução cinética enzimática de álcoois alílicos com acetato de vinila. Inicialmente, foi realizada uma triagem com três lipases comerciais para a resolução do (RS)-1-octen-3-ol, lipase de pâncreas de porco (PPL), de Candida rugosa AY “Amano” 30 (AY30) e de Burkholderia cepacia “Amano” (PS). A enzima que apresentou o maior desempenho em termos de conversão e excesso enantiomérico de produto (eep) foi a lipase PS. Portanto, a lipase PS foi selecionada para dar continuidade aos estudos de imobilização em MWCNTS, bem como, avaliar diferentes condições reacionais na resolução dos álcoois alilicos. Os rendimentos de imobilização obtidos para a lipase PS em MWCNTs sem funcionalização (MWCNTsSF) foram maiores que 91 % em 24 horas. A melhor proporção de enzima:suporte na resolução do (RS)-1-octen-3-ol foi 5:1, sendo que o respectivo éster, (S)-acetato de 1- octen-3-ila foi obtido com conversão de 22%, eep de 51%, resultando em valores de E de 4. Este resultado representa um aumento de 2,5 vezes na conversão ao utilizar a lipase imobilizada em comparação a sua forma livre. A influência do pH de imobilização (pHI) utilizando o sistema PS/MWCNTs-SF (5:1) foi aplicado na resolução dos substratos (RS)-1-hexen-3-ol, (RS)-1-octen-3-ol e (RS)-(E)-4-fenil-3- buten-2-ol com acetato de vinila, sendo que os melhores resultados obtidos foram em pH ácidos a neutro (5,0 – 7,0). Em pH básico (8,0) ocorreu uma redução da eficiência catalítica para todos os substratos avaliados. Além disso, observou-se que os grupos substituintes ligados ao carbono assimétrico influenciaram significativamente nos valores de razões enantioméricas (E), onde o valor de E foi cerca de 25 vezes maior com o substrato aromático [(RS)-(E)-4-fenil-3-buten-2-ol] em comparação aos alifáticos [(RS)-1-hexen-3-ol, (RS)-1-octen-3-ol]. Quando utilizou os álcoois (RS)-1- hexen-3-ol e (RS)-(E)-4-fenil-3-buten-2-ol as conversões ao respectivo produto foram de 52 e 51%, respectivamente em 6 horas de reação. Já com o álcool (RS)-1-octen- 3-ol foi de 35% em 24 horas de reação. Os melhores suportes para a imobilização da lipase PS foram os MWCNTs-SF e MWCNTs-N (funcionalizados com APTES), pois apresentaram maior eficiência catalítica na resolução dos três substratos em comparação aos MWCNTs-A (funcionalizado com ácidos). O aumento da massa de imobilizado de 5 mg para 15 mg aumentou a conversão em 1,8 vezes para a resolução dos álcoois alílicos alifáticos e de 1,4 vezes para o substrato alílico aromático. Ao avaliar a influência da temperatura reacional de 35 a 70ºC na resolução dos álcoois alilicos, observou que os melhores resultados foram obtidos a 55ºC. O solvente orgânico influenciou significativamente a seletividade da enzima, sendo que o sistema livre de solvente apresentou os melhores resultados. Os resultados obtidos mostram que a lipase comercial PS imobilizada em MWCNTs apresentou potencial catalítico para aplicação na resolução cinética de álcoois alílicos secundários, sendo que, os valores de conversão, eep e E foram superiores ao comparar com sua forma livre.
Abstract: The aim of this work was to evaluate the catalytic efficiency of lipases, free and immobilized in multi walled carbon nanotubes (MWCNTs), for the enzymatic kinetic resolution of allylic alcohols with vinyl acetate. Firstly, three commercial lipases were screened such as porcine pancreas (PPL), Candida rugosa AY "Amano" 30 (AY30) and Burkholderia cepacia "Amano" (PS) in the resolution of (RS) -1- octen-3-ol. The enzyme that presented the highest performance was PS. Therefore, PS was selected to continue the immobilization studies in MWCNTS, as well as to evaluate the different reaction conditions in the resolution of allylic alcohols. The immobilization yields obtained for lipase PS in MWCNTs without functionalization (MWCNTs-SF) were more than 91% in 24 h. The best enzyme:support ratio in (RS)-1-octen-3-ol resolution was 5: 1 (w/w), forming the corresponding ester (S)-1-octen-3-yl acetate in conversion of 22%, eep of 51%, thus resulting in E value of 4. Moreover, a 2.5-fold increase in the conversion was observed when the immobilized lipase was used. The studies related to pH effects on PS immobilization applied in the resolution of (RS)-1-hexen-3-ol, (RS)- 1-octen-3-ol and (RS)-(E)-4-phenyl-3-buten-2-ol with vinyl acetate presented better results in acid or neutral pH values (5.0 – 7.0). When the pH was basic (8.0), the catalytic efficiency declined for all substrates. Furthermore, the substituent groups attached to the asymmetric carbon were found to have significantly influenced on the values of enantiomeric ratio (E), being approximately 25 higher for the aromatic [(RS)- (E)-4-phenyl-3-buten-2-ol] substrate than the aliphatics [(RS)-1-hexen-3-ol and (RS)- 1-octen-3-ol]. When (RS)-1-hexen-3-ol and (RS)-(E)-4-phenyl-3-buten-2-ol were used, the conversions to the respective product were of 52 and 51%, respectively, in 6 h of reaction. Using (RS)-1-octen-3-ol, the degree of conversion was 35% in 24 h of reaction. The best catalytic efficiency obtained for the resolution of the three substrates was using PS immobilized in MWCNTs-SF and MWCNTs-N (treated with APTES). Increasing the amount of immobilized enzyme, from 5 to 15 mg, the conversion degrees increased about 1.8 and 1.4 times for the aliphatic and aromatic alcohols, respectively. In the study of the reaction temperature effect, the best results for resolution the 3 substrates were obtained at 55 ° C. The organic solvent influenced the selectivity of the enzyme, and it was observed that the solvent-free system presented higher potential for the studied reactions. The results showed that the commercial PS lipase immobilized in MWCNTS had catalytic potential for the application in the kinetic resolution of secondary allylic alcohols, being the values of conversion, eep and E higher than those obtained using the free form.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3459
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