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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7263-6444
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Embargado
Término do embargo: 2025-12-19
Título: Síntese e aplicação de uma azida de celulose na imobilização de enzima lipase Candida antarctica CALB por reação do tipo “click” CuAAC
Título(s) alternativo(s): Synthesis and application of cellulose azide in the immobilization of Candida antactica CALB lipase enzyme by CuAAC "click" reaction
Autor(es): Ferreira, Marcos Vinícius
Primeiro orientador: Assunção, Rosana Maria Nascimento de
Primeiro coorientador: Panatieri, Rodrigo Barroso
Primeiro membro da banca: Morais, Sérgio Antônio Lemos de
Segundo membro da banca: Pasquini, Daniel
Terceiro membro da banca: Ali, Helena Maria de Almeida Mattos Martins dos Santos
Quarto membro da banca: Menezes, Aparecido Junior de
Resumo: Catalisadores enzimáticos desempenham um papel fundamental no desenvolvimento de diversos processos industriais, tendo gerado resultados promissores particularmente na área de energias renováveis. Entretanto, um dos problemas associados ao emprego de enzimas livres é a manutenção de sua estabilidade no meio reacional e a sua dificuldade de recuperação do meio reacional, limitando suas reutilizações e aumentando os custos do processo. Diante deste quadro, neste trabalho, um bioconjugado suporte/enzima foi desenvolvido a partir da ligação química, por reação "click" de cicloadição alcino/azida catalisada por cobre (CuAAC), da enzima lipase a um suporte celulósico modificado. No contexto da celulose, que não possui naturalmente os grupos compatíveis a esta reação “click”, adotou-se a síntese do tosilato de celulose (MCC-Tos) e sua subsequente transformação em azido celulose (MCC-Az). Para tanto, as variáveis reacionais tempo, temperatura e razão molar cloreto de p-toluenossulfonila:unidade de anidroglicose (Tos:UAG) para a síntese do MCC-Tos em fase heterogênea foram otimizadas por planejamento experimental por matriz Doehlert. Deste planejamento, observou-se que as variáveis mais significativas foram a razão molar (RM) e o tempo reacional. Então, foi produzido o derivado MCC-Tos em condições otimizadas extrapoladas (MCC-Otm), a saber de 30 °C, 144 h e RM 10:1 (Tos:UAG), cujo grau de substituição (GS) foi de 1,72. MCC-Tos Otm foi utilizado como precursor na síntese da MCC-Az. Análises estruturais por espectroscopia de infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e ressonância magnética nuclear de Carbono-13 no estado sólido (RMN 13C-CP/MAS), difratogramas de raios-X (DRX) e análises de área superficial específica e porosidade (ASAP) confirmaram a obtenção desses derivados, evidenciando uma redução na cristalinidade (de cerca de 20%) e aumento na área superficial específica da MCC-Az (de 0,924 para 52,995 m2 g-1, em relação à MCC). Quanto à inserção do grupo propargil na lipase de Candida antarctica B (CalB), formando a CalB-Prop, as técnicas espectroscópicas de FTIR, UV-vis e de fluorescência evidenciaram uma mudança conformacional da enzima após a modificação, mas que não se estenderam a alterações em sua forma ativa. Na imobilização da CalB-Prop no suporte MCC-Az, as técnicas espectroscópicas indicaram a ligação por reação CuAAC, com uma nova mudança conformacional na enzima que refletiu também em alterações na sua forma ativa. A eficiência de incorporação (%EI) da CalB foi estimada em 24,63%, indicando uma imobilização covalente pela redução de 19,54% na intensidade da banda de FTIR da azida. Mesmo com essa baixa %EI, o bioconjugado MCC-CalB apresentou um atividade enzimática específica (AEE) em reação com p-nitrofenil palmitato igual a 84,87 LU g-1. Os resultados sugerem a eficiência da síntese dos derivados celulósicos e do bioconjugado propostos, abrindo caminho para avaliações cinéticas, atividade enzimática e reuso em reações de transesterificação com óleos vegetais.
Abstract: Enzymatic catalysts play a fundamental role in the development of various industrial processes, having generated promising results, particularly in the field of renewable energy. However, one of the problems associated with the use of free enzymes is keeping their stability in the reaction medium and the difficulty of recovering them, therefore, limiting their reuse and increasing process costs. In this context, a support/enzyme bioconjugate was developed in this work through the chemical binding, using a click reaction of alkyne/azide cycloaddition catalyzed by copper (CuAAC), of the lipase enzyme to a modified cellulose support. In the context of cellulose, which does not naturally possess groups compatible with this click reaction, the synthesis of cellulose tosylate (MCC-Tos) was adopted, followed by its subsequent transformation into azide cellulose (MCC-Az). For this purpose, the reaction variables such as time, temperature, and molar ratio of p-toluenesulfonyl chloride to anhydroglucose unit (Tos:UAG) for the synthesis of MCC-Tos in a heterogeneous phase were optimized using experimental design by Doehlert matrix. From this design, it was observed that the most significant variables were the molar ratio (RM) and the reaction time. Thus, the MCC-Tos derivative was produced under extrapolated optimized conditions (MCC-Otm), namely at 30 °C, 144 h, and MR 10:1 (Tos:AGU), with a degree of substitution (GS) of 1.72. MCC-Tos Otm was used as a precursor in the synthesis of MCC-Az Otm. Structural analyses using infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), solid-state 13C nuclear magnetic resonance (RMN 13C-CP/MAS), X-ray diffractograms (DRX), and surface area and porosity analysis (ASAP) confirmed the obtainment of these derivatives, showing a reduction in crystallinity (by approximately 20%) and an increase in the surface area of MCC-Az (from 0.924 to 52.995 m2 g-1, compared to MCC). Regarding the insertion of the propargyl group into the Candida antarctica B lipase (CalB), forming the CalB-Prop, spectroscopic techniques such as FTIR, UV-vis, and fluorescence revealed a conformational change in the enzyme after modification, but without extending to changes in its active form. In the immobilization of CalB-Prop on the MCC-Az support, spectroscopic techniques indicated binding through CuAAC reaction, with a new conformational change in the enzyme that also reflected changes in its active form. The incorporation efficiency (%EI) of CalB was estimated at 24.63%, indicating a covalent immobilization confirmed by a reduction in the intensity of the azide band by 19.54%. Despite this low %EI, the MCC-CalB bioconjugate showed a specific enzymatic activity (AEE) in the reaction with p-nitrophenyl palmitate equal to 84.87 LU g-1. The results suggest the efficiency of the proposed cellulose derivatives and bioconjugate synthesis, paving the way for kinetic evaluations, enzymatic activity, and reuse in transesterification reactions with vegetable oils.
Palavras-chave: Reação “click” CuAAC
Tosilato de celulose
Azido celulose
CalB
Imobilização de enzimas
CuAAC click reaction
Cellulose tosylate
Azide cellulose
Enzyme immobilization
Área(s) do CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA
Assunto: Química
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Referência: FERREIRA, Marcos Vinícius. Síntese e aplicação de uma azida de celulose na imobilização de enzima lipase Candida antarctica CALB por reação do tipo “click” CuAAC. 2023. 138 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.668.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.668
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41301
Data de defesa: 19-Dez-2023
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
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