Nos últimos anos, a impressão 3D vem se colocando como uma técnica fundamental na produção de novos biomateriais; a estereolitografia, em particular, permite que sejam impressos arcabouços para suporte celular de arquiteturas altamente complexas. Observa-se, todavia, uma oferta pouco significante de resinas passíveis de impressão, uma vez que o mesmo material deve reunir características como biocompatibilidade, biodegradabilidade e, em algumas técnicas de impressão, potencial fotocurável. Este trabalho concentrou-se em sintetizar poliésteres inéditos - derivados de pantenol - biodegradáveis e bioabsorvíveis via policondensação catalisada pela lipase B da Candida antarctica. Além disso, pretendeu-se incluir insaturações de modo a permitir fotorreticulação dos mesmos. Foram produzidos dois tipos de poliésteres insaturados: (1) com insaturações endo (pertencentes à cadeia principal do polímero), a partir de copolímeros produzidos de pantenol e mistura de diésteres saturados (adipato de dietila e sebacato de dietila) e diésteres insaturados (fumarato de dietila e glutaconato de dietila); (2) com insaturações exo (pertencentes às cadeias secundárias do polímero), a partir da acrilação da hidroxila secundária de pantenol de poliésteres saturados do mesmo. A caracterização por cromatografia de permeação em gel mostrou a produção de7 polímeros na faixa de massa molar entre 2000 e 5000 Da. Todas as estruturas foram confirmadas por 1H RMN. A fotocura do material foi testada a partir de soluções dos poliésteres contendo fotoiniciador (BAPO) e correticulantes (NIPAM, NVPM e VIM). Após irradiação com radiação UV em 254 nm por diferentes tempos, foram produzidos filmes que puderam ter sua fração sol/gel determinadas, bem como suas características de intumescimento. Além de serem os primeiros poliésteres de pantenol observados até o momento na literatura, os materiais sintetizados neste trabalho provaram potencial de uso em impressoras 3D, visto que foram produzidos filmes fotorreticulados após cerca de 1 minuto de irradiação. / This work focused on synthesizing unpublished biodegradable and bioabsorbable panthenol-derived polyesters via polycondensation catalyzed by Candida antarctica lipase B. In addition, it was intended to include unsaturations to enable photocrosslinking in the final material. Two types of unsaturated polyesters were synthesized: (1) with unsaturations \"endo\" (belonging to the main polymer chain), from copolymers made of panthenol and mixtures of saturated diesters (adipate, diethyl sebacate and diethyl) and unsaturated diesters (diethyl fumarate and diethyl glutaconate); (2) with \"exo\" unsaturations (not in the main polymer chain), from the acrylation of the secondary panthenol hydroxyl group of the first saturated polyester.9 Characterization by gel permeation chromatography showed the production of polymers in the range of molar mass between 2000 and 5000 Da. All structures were confirmed by 1 H NMR. The photocrosslinking capability of the material was tested from polyester solutions containing photoinitiator (BAPO) and crosslinkers (NIPAM, NVPM, and VIM). After irradiation with UV radiation at 254 nm for different times, films were produced that could have their sol / gel fraction determined, as well as their swelling characteristics. In addition to being the first panthenol polyesters observed so far in the literature, the materials synthesized in this work proved potential use in 3D printers since photocrosslinked films were produced after about 1 minute of irradiation.

Nesse trabalho foram produzidas lipases da levedura Pseudozyma hubeiensis (HB85A) em reator de 14 L. Após produção da enzima, a lipase foi imobilizada por adsorção em suporte hidrofóbico por processo contínuo em reator de leito fixo. As melhores condições de imobilização foram: tempo de imobilização de 2 h e 29 min., pH de 4,76 e quantidade de enzima livre adicionada por grama de suporte de 1282 U/ g de suporte, sendo que, a máxima atividade da lipase imobilizada obtida foi de 143 U/g de suporte. O sobrenadante contendo lipase e o biocatalisador heterogênio foram caracterizados por planejamento fatorial. A máxima atividade da enzima imobilizada (71 U/g de suporte) foi obtida em pH 6,0 à temperatura de 52 °C. A imobilização da lipase resultou em um aumento na estabilidade dessa enzima em temperaturas altas, pH ácidos e neutros, presença de detergentes não-iônicos e altas concentrações de solventes orgânicos como iso-propanol, metanol e acetona. Foi possível a reutilização da lipase imobilizada por apenas uma vez na reação de hidrólise, havendo uma perda de 72 % da atividade após o primeiro reuso. Analisou-se ainda a estabilidade da lipase livre e imobilizada durante 40 dias de armazenamento a 4 °C. Durante o período de armazenamento, a lipase imobilizada manteve 50 % de sua atividade original e a lipase livre apresentou 80 %. O catalisador heterogêneo foi testado quanto a sua eficácia na produção de biodiesel. A reação de transesterificação foi realizada na ausência de co-solvente utilizando-se como matérias-primas metanol, etanol e iso-propanol e quatro fontes diferentes de triglicerídeo (óleo de soja, óleo de mamona, óleo residual de restaurante e a gordura bovina). A partir dos testes realizados, obteve-se um rendimento máximo quanto à produção de biodiesel de 3,15 % utilizando-se óleo de mamona e iso-propanol como matéria-prima pelo período de 24 h. A produção de biodiesel utilizando diferentes quantidades de lipase imobilizada e também a lipase livre como catalisador foi testada na presença de hexano, iso-propanol e óleo de mamona pelo período de 24 h nas temperaturas de 40, 50 e 60 °C. No entanto, não houve produção de biodiesel nas condições analisadas. / In this work, lipases from yeast Pseudozyma hubeiensis (strain HB85A) were produced in a 14 L reactor. After lipase from yeast P. hubeiensis (strain HB85A) production, the enzyme was immobilized by adsorption in polyestyrene divinylbenzene hydrophobic support in a packet bed column. The best conditions for lipase immobilization were: 2 h and 29 min. immobilizing time, pH 4.76 and rate of free enzyme added per gram of support equal to 1282 U/g. The maximum activity of immobilized lipase was reached of 143 U/g. The lipases of P. hubeiensis (HB85A) supernatant culture and the heterogeneous catalyst were characterized through response surface methodology by factorial design. The maximum activity of immobilized lipase was reached for a support rate of 71 U/g, with pH 6.0 and temperature of 52 °C. It was detected that lipase immobilization increased enzyme stability under high temperatures, neutral and acid pH levels, non-ionic detergent and high concentration of organic solvent like iso-propanol, methanol and acetone. The reuse of immobilized lipase was possible only once for hydrolysis reaction, with activity losses of 72 % after first re-use. Also, it was tested lipase stability in a period of 40 days, under 4 °C storage conditions. During storage period, immobilized lipase kept 50 % of its original activity. Free lipase kept 80 %. After the development of heterogeneous catalyst, its efficiency as catalyst for biodiesel production was analyzed in this study. The transesterification reaction was tested in co-solvent absence using as raw material three differents sources of alcohols (methanol, ethanol and iso-propanol) and four differents triglicerides source (soybean oil, castor oil, waste cooking oil and bovine fat) and as catalystis the immobilized lipase. Based in test results, the maximum biodiesel production yield was 3.15 % using castor oil and methanol as raw material for 24 h. The biodiesel production was also tested with different amount of immobilized lipase and with free lipase as catalystis at the presence of methanol, castor oil and the co-solvent hexane for 24 h at 40, 50 e 60 °C. However there was no biodiesel production at the tested conditions.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

Nesse trabalho foram produzidas lipases da levedura Pseudozyma hubeiensis (HB85A) em reator de 14 L. Após produção da enzima, a lipase foi imobilizada por adsorção em suporte hidrofóbico por processo contínuo em reator de leito fixo. As melhores condições de imobilização foram: tempo de imobilização de 2 h e 29 min., pH de 4,76 e quantidade de enzima livre adicionada por grama de suporte de 1282 U/ g de suporte, sendo que, a máxima atividade da lipase imobilizada obtida foi de 143 U/g de suporte. O sobrenadante contendo lipase e o biocatalisador heterogênio foram caracterizados por planejamento fatorial. A máxima atividade da enzima imobilizada (71 U/g de suporte) foi obtida em pH 6,0 à temperatura de 52 °C. A imobilização da lipase resultou em um aumento na estabilidade dessa enzima em temperaturas altas, pH ácidos e neutros, presença de detergentes não-iônicos e altas concentrações de solventes orgânicos como iso-propanol, metanol e acetona. Foi possível a reutilização da lipase imobilizada por apenas uma vez na reação de hidrólise, havendo uma perda de 72 % da atividade após o primeiro reuso. Analisou-se ainda a estabilidade da lipase livre e imobilizada durante 40 dias de armazenamento a 4 °C. Durante o período de armazenamento, a lipase imobilizada manteve 50 % de sua atividade original e a lipase livre apresentou 80 %. O catalisador heterogêneo foi testado quanto a sua eficácia na produção de biodiesel. A reação de transesterificação foi realizada na ausência de co-solvente utilizando-se como matérias-primas metanol, etanol e iso-propanol e quatro fontes diferentes de triglicerídeo (óleo de soja, óleo de mamona, óleo residual de restaurante e a gordura bovina). A partir dos testes realizados, obteve-se um rendimento máximo quanto à produção de biodiesel de 3,15 % utilizando-se óleo de mamona e iso-propanol como matéria-prima pelo período de 24 h. A produção de biodiesel utilizando diferentes quantidades de lipase imobilizada e também a lipase livre como catalisador foi testada na presença de hexano, iso-propanol e óleo de mamona pelo período de 24 h nas temperaturas de 40, 50 e 60 °C. No entanto, não houve produção de biodiesel nas condições analisadas. / In this work, lipases from yeast Pseudozyma hubeiensis (strain HB85A) were produced in a 14 L reactor. After lipase from yeast P. hubeiensis (strain HB85A) production, the enzyme was immobilized by adsorption in polyestyrene divinylbenzene hydrophobic support in a packet bed column. The best conditions for lipase immobilization were: 2 h and 29 min. immobilizing time, pH 4.76 and rate of free enzyme added per gram of support equal to 1282 U/g. The maximum activity of immobilized lipase was reached of 143 U/g. The lipases of P. hubeiensis (HB85A) supernatant culture and the heterogeneous catalyst were characterized through response surface methodology by factorial design. The maximum activity of immobilized lipase was reached for a support rate of 71 U/g, with pH 6.0 and temperature of 52 °C. It was detected that lipase immobilization increased enzyme stability under high temperatures, neutral and acid pH levels, non-ionic detergent and high concentration of organic solvent like iso-propanol, methanol and acetone. The reuse of immobilized lipase was possible only once for hydrolysis reaction, with activity losses of 72 % after first re-use. Also, it was tested lipase stability in a period of 40 days, under 4 °C storage conditions. During storage period, immobilized lipase kept 50 % of its original activity. Free lipase kept 80 %. After the development of heterogeneous catalyst, its efficiency as catalyst for biodiesel production was analyzed in this study. The transesterification reaction was tested in co-solvent absence using as raw material three differents sources of alcohols (methanol, ethanol and iso-propanol) and four differents triglicerides source (soybean oil, castor oil, waste cooking oil and bovine fat) and as catalystis the immobilized lipase. Based in test results, the maximum biodiesel production yield was 3.15 % using castor oil and methanol as raw material for 24 h. The biodiesel production was also tested with different amount of immobilized lipase and with free lipase as catalystis at the presence of methanol, castor oil and the co-solvent hexane for 24 h at 40, 50 e 60 °C. However there was no biodiesel production at the tested conditions.

O processo de transesterificação de óleos vegetais para a síntese de biodiesel por catálise básica tem sido utilizado largamente em escala industrial e altas conversões são obtidas. Entretanto, uma grande quantidade de água é necessária para a purificação dos ésteres, gerando altos volumes de rejeitos aquosos inadequados para descarte, e dessa forma, a utilização de síntese enzimática catalisada por lipases imobilizadas destaca-se como uma alternativa ao método alcalino. Este trabalho teve como objetivo aperfeiçoar a produção de biodiesel a partir de diferentes fontes de óleos vegetais por diferentes lipases imobilizadas comercialmente. Na primeira fase do trabalho foi realizada uma análise dos principais fatores envolvidos na síntese enzimática de biodiesel, com foco nos parâmetros envolvidos na escolha e na configuração dos reatores. Uma extensa discussão foi apresentada sobre as vantagens e desvantagens de cada tipo de reator e seu modo de funcionamento. O cenário atual do mercado de síntese enzimática de biodiesel e algumas perspectivas futuras também foram apresentadas. Na segunda etapa desta pesquisa foi testado o conceito “combi-lipase”, que se baseia no uso de misturas de lipases com diferentes especificidades para a cadeia molecular de um óleo em particular (o substrato). Neste caso, foram utilizadas as lipases comerciais imobilizadas Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), e Lipozyme RM-IM (RML) como biocatalisadoras na síntese de biodiesel via transesterificação enzimática dos óleos de oliva e palma, com etanol como aceptor acila. Repetidas reações em batelada foram realizadas para testar a estabilidade operacional do sistema combi-lipase, em que elas puderam ser usadas em pelo menos sete ciclos, mantendo em torno de 80 % da sua atividade inicial. Dando sequencia ao conceito de combi-lipase, na terceira etapa dessa pesquisa, foi avaliada a utilização de substratos alternativos, como os provenientes de fritura doméstica e comercial, comparada ao óleo de soja. As reações foram conduzidas em banho de ultrassom, com a otimização dos parâmetros razão molar etanol:óleo, quantidade de água adicionada na reação e quantidade de biocatalisador (previamente à definição da composição do combi-lipase). O uso de tecnologia de ultrassom, concomitante com a aplicação de misturas de enzimas com diferentes preços de aquisição e uso de óleos residuais apresentou excelentes rendimentos, com 90 % (com óleo de soja) e 70 % (com óleo residual) de conversão de biodiesel. Na última etapa deste trabalho, foi conduzida a síntese contínua de biodiesel em um reator de leito empacotado (PBR) com o uso de etanol e dos substratos óleos de soja e óleo residual, utilizando combi-lipase com biocatalisador. Após a otimização de alguns parâmetros de reação, foram definidas as seguintes condições: utilização de pérolas de vidro misturada ao combi-lipase para compor o leito enzimático; uso de terc-butanol como solvente de reação e velocidade de fluxo de 0,08 mL min-1. O combi-lipase apresentou excelente estabilidade operacional, e o reator manteve-se operando continuamente por 30 dias em estado estacionário. Independente do tipo de substrato empregado, o rendimento de conversão manteve-se em torno de 50 %, com produtividade de 1,94 gbiodiesel gsubstrato-1 h-1. / The process of transesterification of vegetable oils for biodiesel synthesis catalyzed by alkalis has been widely used on an industrial scale and high conversions are obtained. However, a large amount of water is required for the purification of esters, generating large amounts of aqueous wastes, unsuitable for disposal. Therefore, the enzymatic synthesis of biodiesel using immobilized lipases as biocatalysts stands as an alternative to the alkaline method. This work aimed at enhancing the production of biodiesel from different sources of vegetable oils using different immobilized commercially available lipases. In the first step of the work, an analysis of the main factors involved in enzymatic synthesis of biodiesel was carried out, focusing on choices of immobilization protocol and parameters involved in the selection and configuration of the reactors. An extensive discussion is presented on the advantages and disadvantages of each type of reactor and its operation. The current scenario of the enzymatic synthesis of biodiesel market and some future prospects are also presented. In the second stage of this study it was tested the concept "combi-lipase", which is based on the use of lipase mixtures with different specificities for a particular oil, the substrate. The immobilized commercial lipases Novozym 435 (CALB), Lipozyme TL-IM (TLL), and Lipozyme RM-IM (RML) were used as biocatalysts in enzymatic transesterification of biodiesel from olive and palm oils, with ethanol as acyl acceptor. Repeated batches of reaction were carried out in order to test the operational stability of the combi-lipase systems, with results showing that they could be used for at least seven cycles keeping higher than 80 % of their initial activities. Following the concept of combi-lipase, in the third stage of this research, it was evaluated the use of alternative substrates, such as waste frying oils, compared to soybean oil. The reactions were conducted in an ultrasonic bath, with the optimization of the molar ratio of ethanol: oil, amount of water added in the reaction and amount of biocatalyst (prior to the definition of the combi-lipase composition). The use of ultrasonic technology, concomitant with the application of mixtures of enzymes with different acquisition and use prices of residual oils presented excellent yields, with 90 % (with soybean oil) and 70 % (with residual oil) of biodiesel conversion. Finally, in the last stage of this work, the combi-lipase concept was applied in the continuous ethanolysis of biodiesel in a packed bed reactor (PBR) with the use of soybean and waste oils as substrates. After optimization of some reaction parameters, the following conditions were defined: use of glass beads mixed with lipases to compose the enzymatic bed; Use of tert-butanol as reaction solvents and flow rate of 0.08 mL min-1. The combi-lipase presented excellent operational stability, and the reactor was continuously operated for 30 days at steady state. Regardless of the type of substrate used, the conversion yield remained around 50 %, with productivity of 1.94 gbiodiesel gsubstrate-1 h-1.

Nesse trabalho foram produzidas lipases da levedura Pseudozyma hubeiensis (HB85A) em reator de 14 L. Após produção da enzima, a lipase foi imobilizada por adsorção em suporte hidrofóbico por processo contínuo em reator de leito fixo. As melhores condições de imobilização foram: tempo de imobilização de 2 h e 29 min., pH de 4,76 e quantidade de enzima livre adicionada por grama de suporte de 1282 U/ g de suporte, sendo que, a máxima atividade da lipase imobilizada obtida foi de 143 U/g de suporte. O sobrenadante contendo lipase e o biocatalisador heterogênio foram caracterizados por planejamento fatorial. A máxima atividade da enzima imobilizada (71 U/g de suporte) foi obtida em pH 6,0 à temperatura de 52 °C. A imobilização da lipase resultou em um aumento na estabilidade dessa enzima em temperaturas altas, pH ácidos e neutros, presença de detergentes não-iônicos e altas concentrações de solventes orgânicos como iso-propanol, metanol e acetona. Foi possível a reutilização da lipase imobilizada por apenas uma vez na reação de hidrólise, havendo uma perda de 72 % da atividade após o primeiro reuso. Analisou-se ainda a estabilidade da lipase livre e imobilizada durante 40 dias de armazenamento a 4 °C. Durante o período de armazenamento, a lipase imobilizada manteve 50 % de sua atividade original e a lipase livre apresentou 80 %. O catalisador heterogêneo foi testado quanto a sua eficácia na produção de biodiesel. A reação de transesterificação foi realizada na ausência de co-solvente utilizando-se como matérias-primas metanol, etanol e iso-propanol e quatro fontes diferentes de triglicerídeo (óleo de soja, óleo de mamona, óleo residual de restaurante e a gordura bovina). A partir dos testes realizados, obteve-se um rendimento máximo quanto à produção de biodiesel de 3,15 % utilizando-se óleo de mamona e iso-propanol como matéria-prima pelo período de 24 h. A produção de biodiesel utilizando diferentes quantidades de lipase imobilizada e também a lipase livre como catalisador foi testada na presença de hexano, iso-propanol e óleo de mamona pelo período de 24 h nas temperaturas de 40, 50 e 60 °C. No entanto, não houve produção de biodiesel nas condições analisadas. / In this work, lipases from yeast Pseudozyma hubeiensis (strain HB85A) were produced in a 14 L reactor. After lipase from yeast P. hubeiensis (strain HB85A) production, the enzyme was immobilized by adsorption in polyestyrene divinylbenzene hydrophobic support in a packet bed column. The best conditions for lipase immobilization were: 2 h and 29 min. immobilizing time, pH 4.76 and rate of free enzyme added per gram of support equal to 1282 U/g. The maximum activity of immobilized lipase was reached of 143 U/g. The lipases of P. hubeiensis (HB85A) supernatant culture and the heterogeneous catalyst were characterized through response surface methodology by factorial design. The maximum activity of immobilized lipase was reached for a support rate of 71 U/g, with pH 6.0 and temperature of 52 °C. It was detected that lipase immobilization increased enzyme stability under high temperatures, neutral and acid pH levels, non-ionic detergent and high concentration of organic solvent like iso-propanol, methanol and acetone. The reuse of immobilized lipase was possible only once for hydrolysis reaction, with activity losses of 72 % after first re-use. Also, it was tested lipase stability in a period of 40 days, under 4 °C storage conditions. During storage period, immobilized lipase kept 50 % of its original activity. Free lipase kept 80 %. After the development of heterogeneous catalyst, its efficiency as catalyst for biodiesel production was analyzed in this study. The transesterification reaction was tested in co-solvent absence using as raw material three differents sources of alcohols (methanol, ethanol and iso-propanol) and four differents triglicerides source (soybean oil, castor oil, waste cooking oil and bovine fat) and as catalystis the immobilized lipase. Based in test results, the maximum biodiesel production yield was 3.15 % using castor oil and methanol as raw material for 24 h. The biodiesel production was also tested with different amount of immobilized lipase and with free lipase as catalystis at the presence of methanol, castor oil and the co-solvent hexane for 24 h at 40, 50 e 60 °C. However there was no biodiesel production at the tested conditions.

A DOW é uma empresa que busca continuamente por alternativas para agregar maior valor aos seus produtos através da avaliação das tendências apresentadas pela indústria química. Dentro desta dinâmica, identificou-se uma grande necessidade do mercado de fluidos de corte por inibidores de corrosão mais eficientes e adequados às novas questões regulatórias. Desta avaliação surgiu o tema deste Mestrado Profissional, no qual se estudou a síntese e aplicação de alcanolamidas em fluidos de corte como inibidores de corrosão. Optou-se pela síntese enzimática na ausência de solventes orgânicos por se tratar de uma nova tecnologia à DOW e estar alinhada aos preceitos de sustentabilidades promovidos pela empresa. A escolha pela avaliação das alcanolamidas surgiu de um estudo realizado pela companhia sobre novas tecnologias utilizadas neste segmento e a possibilidade de aplicação destes compostos em outros mercados de atuação da empresa. Foram sintetizadas quatro alcanolamidas, RMEA, RMIPA, RDIPA e RAEPD, obtidas respectivamente da reação entre o ácido ricinoléico e os aminoálcoois: 2-hidroxietilamina, 1-amino-2-propanol, bis-(2-hidroxipropil)amina e 2-amino-2-etil-1,3-propanodiol. O catalisador Novozym 435 (lipase) foi utilizado em todas as sínteses, e estas realizadas de acordo com um planejamento fatorial completo 23. Os produtos sintetizados foram caracterizados por RMN 13C, 1H e dept 135, Espectroscopia no Infravermelho e Espectroscopia de Massas. O rendimento das reações foi mensurado através da técnica de HPLC. Com base nos resultados obtidos foi possível, através do planejamento fatorial, determinar as condições reacionais nas quais o rendimento é maximizado (T = 80 °C; Catalisador = 15 mol/g de ácido ricinoléico; rotação = 600 rpm). A única desvantagem deste processo de síntese foi o custo inerente ao catalisador utilizado. Após o término do planejamento fatorial foram formulados oito fluidos de corte semissintéticos com as alcanolamidas sintetizadas e dois fluidos com o inibidor convencionalmente utilizado. Após verificar a estabilidade térmica destes fluidos, a eficiência à inibição da corrosão foi mensurada através da técnica de manchamento em ferro fundido. Os fluidos contendo as alcanolamidas apresentaram melhor desempenho à inibição da corrosão, porém, não foi possível mensurar quantitativamente as diferenças observadas através desta técnica. Com isso, os compostos foram submetidos a ensaios de perda de massa e polarização potenciodinâmica em ácido clorídrico, além de microscopia atômica para avaliar o efeito dos inibidores na superfície metálica. Através destes estudos foi possível comprovar que os produtos RDIPA e RAEPD possuem maior eficiência à inibição da corrosão. O mecanismo de inibição destes compostos, determinado através de isotermas de Langmuir, ocorre por fisissorção. Após a comprovação das propriedades anticorrosivas dos compostos sintetizados, foram analisadas as seguintes propriedades dos fluidos produzidos: viscosidade, formação de espuma, ângulo de contato, desgaste Reichert, alcalinidade e contaminação microbiológica. Observou-se um aumento da viscosidade e formação de espuma do fluido concentrado. Entretanto, comprovou-se que não há impacto significativo destas propriedades durante a aplicação destes fluidos. As alcanolamidas impactaram positivamente no aumento da lubricidade e reserva alcalina dos fluidos, além de diminuir a taxa de corrosão e a susceptibilidade dos fluidos à contaminação microbiológica, e facilitar o tratamento do resíduo gerado no processo de usinagem devido a maior biodegradabilidade das alcanolamidas. / DOW is a company that continuously searches for alternatives to add greater value to their products through the assessment of trends presented by the chemical industry. Within this dynamic it was identified a great need for more efficient and suitable (to new regulatory issues) corrosion inhibitors applied in metalworking fluids. This Master Thesis came up from this evaluation, where it was studied the synthesis and application of alkanolamides in metalworking fluids as corrosion inhibitors. The enzymatic synthesis in the absence of organic solvents was the chosen production process of alkanolamides because it\'s a new technology to DOW and it\'s aligned with sustainable precepts promoted by the company. The choice for the evaluation of alkanolamides emerged from a study conducted by the company on new technologies applied in metalworking fluids and the possibility of application of these compounds in other markets. It was synthesized four alkanolamides, RMEA, RMIPA, RDIPA and RAEPD, respectively obtained from the reaction between ricinoleic acid and following amino alcohols: 2-hydroxyethylamine, 1-amino-2-propanol, bis(2-hydroxypropyl)amine and 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol. The Novozym 435 catalyst (lipase) was used for all syntheses, and these were carried out according to a full factorial design for three factors. The synthesized products were characterized by NMR 13C, 1H and dept 135, Infrared and Mass Spectroscopy. The yield of the reactions was measured by HPLC technique. Based on the results it was possible, through the factorial design, determine the reaction conditions in which the yield is maximized (T = 80 ° C; Catalyst = 15 mol / g of ricinoleic acid; Speed = 600 rpm). The only disadvantage found of this synthesis process was the cost of the catalyst used. After the factorial design eight semi-synthetic metalworking fluids were formulated with the synthesized alkanolamides and two with the corrosion inhibitor conventionally used. After checking the thermal stability of these fluids, the corrosion inhibition efficiency was measured by staining technique of cast iron. Fluids containing alkanolamides performed better corrosion inhibition, however, was not possible to measure quantitatively the differences observed using this technique. Thus, the compounds were subjected to weight loss and potentiodynamic polarization tests in hydrochloric acid, besides the atomic microscopy to evaluate the effect of the inhibitors on the metal surface. Through these studies it was possible to demonstrate that RDIPA and RAEPD products were more efficient at inhibiting corrosion. The mechanism of inhibition of these compounds, as determined by Langmuir isotherms, is by physisorption. After checking the anticorrosive properties of the synthesized compounds, the following properties were analyzed from the formulated fluids: viscosity, foaming, contact angle, Reichert friction, alkalinity and microbiological contamination. It was observed an increase in viscosity and foaming on the concentrated fluids. However, it was found that there is no significant impact of these properties during the application of these fluids. Alkanolamides enabled an increase in lubricity and alkalinity of the formulated fluids. Additionally they reduced the corrosion rate and the susceptibility of fluids to microbiological contamination, and would make easier the treatment of the waste generated in cutting process due to their higher biodegradability.

Proteínas tirosina-fosfatases (PTPs) catalisam a hidrólise de fosfotirosina de outras proteínas e, assim, regulam importantes processos bioquímicos. Dois representantes desta família são as fosfatases de dupla especificidade VHR e CDC25B. A primeira etapa de reação catalisada é um ataque nucleofílico da cadeia lateral de uma cisteína sobre o fósforo do substrato, com uma possível transferência de H+ de um ácido geral para o grupo de saída, formando uma PTP intermediária tiofosforilada e desfosforilando o substrato. Dúvidas ainda persistem sobre esta etapa, envolvendo os estados de protonação do substrato e do nucleófilo enzimático, a inatividade de certos mutantes e a identificação do ácido geral nas CDC25s. Procuramos solucionar estas questões por simulações computacionais das reações catalisadas pela VHR e pela CDC25B. Inicialmente, caminhos das reações de tiólise e alcoólise de ésteres de fosfato na fase gasosa foram determinados por cálculos de estrutura eletrônica ab initio e analisados como referências da reatividade intrínseca de ésteres de fosfato e como modelos da atividade enzimática. Um potencial híbrido de mecânica quântica e mecânica molecular foi amplamente testado e calibrado, empregando estes caminhos de reação e outros dados ab initio. A calibração permitiu que conclusões semiquantitativas pudessem ser obtidas a partir das simulações enzimáticas. Potenciais de força média foram determinados com o potencial híbrido para desfosforilação de diferentes substratos catalisada pelas PTPs selvagens e por suas mutantes. Os resultados mostram que o mecanismo da reação catalisada segue uma adição e eliminação simultânea, com um estado de transição dissociativo com caráter de metafosfato. As barreiras calculadas são bastante próximas às energias de ativação experimentais. O substrato enzimático é um diânion desprotonado e o nucleófilo está ionizado. As reações do substrato ou do nucleófilo protonados apresentam barreiras, no mínimo, 15 kcal/mol mais altas que os valores experimentais. A VHR mutante cisteína para serina no sítio ativo é inativa, porque a serina está protonada. As CDC25s não utilizam um ácido geral para catálise, ao contrário das outras PTPs. Propostas de que o ácido geral poderia ser o próprio substrato ou um dos ácidos glutâmicos presentes no sítio ativo são energeticamente inacessíveis. / Protein tyrosine phosphatases (PTPs) catalyse the hydrolysis of phosphotyrosine from other proteins and, hence, regulate important biochemical processes. Two members from this family are the dual specificity phosphatases VHR and CDC25B. The first step of the catalysed reaction is the nucleophilic attack from the side chain of a cystein towards the substrate, with a possible H+ transfer from a general acid to the leaving group, forming a PTP thiophosphorylated intermediate and dephosphorylating the substrate. There are still some doubts about this step, involving the protonation states of the substrate and the nzymatic nucleophile, the inactivity of certain mutants and the identification of the general acid in CDC25s. We tried to solve this questions by computer simulations of the reactions catalysed by VHR and by CDC25B. Initially, reaction pathways of phosphate esters thiolysis and alcoholysis in the gas-phase were determined by ab initio electronic structure calculations and analysed as benchmarks for the intrinsic reactivity of phosphate esters and as models of the enzymatic activity. A hybrid potential of quantum mechanics and molecular mechanics was fully tested and calibrated, employing these reaction pathways and other ab initio data. The calibration allowed that semiquantitative conclusions could be obtained from the enzymatic simulations. Potentials of mean force were determined with the hybrid potential for the dephosphorylation of different substrates catalysed by the wild-type PTPs and their mutants. The results show that the catalysed reaction mechanism follows a concerted addition and elimination, with a dissociative transition state with metaphosphate-like. The calculated barriers are very close to the experimental activation energies. The enzymatic substrate is a deprotonated dianion and the nucleophile is ionised. The reactions of the protonated substrate or nucleophile have barriers, at least, 15 kcal/mol higher than the experimental results. The active site cystein to serine VHR mutant is inactive because the serine is protonated. The CDC25s do not employ a general acid for catalysis, differently from the other PTPs. Proposals that the general acid is the substrate or one of the glutamic acids present in the active site are not energetically accessible.

A DOW é uma empresa que busca continuamente por alternativas para agregar maior valor aos seus produtos através da avaliação das tendências apresentadas pela indústria química. Dentro desta dinâmica, identificou-se uma grande necessidade do mercado de fluidos de corte por inibidores de corrosão mais eficientes e adequados às novas questões regulatórias. Desta avaliação surgiu o tema deste Mestrado Profissional, no qual se estudou a síntese e aplicação de alcanolamidas em fluidos de corte como inibidores de corrosão. Optou-se pela síntese enzimática na ausência de solventes orgânicos por se tratar de uma nova tecnologia à DOW e estar alinhada aos preceitos de sustentabilidades promovidos pela empresa. A escolha pela avaliação das alcanolamidas surgiu de um estudo realizado pela companhia sobre novas tecnologias utilizadas neste segmento e a possibilidade de aplicação destes compostos em outros mercados de atuação da empresa. Foram sintetizadas quatro alcanolamidas, RMEA, RMIPA, RDIPA e RAEPD, obtidas respectivamente da reação entre o ácido ricinoléico e os aminoálcoois: 2-hidroxietilamina, 1-amino-2-propanol, bis-(2-hidroxipropil)amina e 2-amino-2-etil-1,3-propanodiol. O catalisador Novozym 435 (lipase) foi utilizado em todas as sínteses, e estas realizadas de acordo com um planejamento fatorial completo 23. Os produtos sintetizados foram caracterizados por RMN 13C, 1H e dept 135, Espectroscopia no Infravermelho e Espectroscopia de Massas. O rendimento das reações foi mensurado através da técnica de HPLC. Com base nos resultados obtidos foi possível, através do planejamento fatorial, determinar as condições reacionais nas quais o rendimento é maximizado (T = 80 °C; Catalisador = 15 mol/g de ácido ricinoléico; rotação = 600 rpm). A única desvantagem deste processo de síntese foi o custo inerente ao catalisador utilizado. Após o término do planejamento fatorial foram formulados oito fluidos de corte semissintéticos com as alcanolamidas sintetizadas e dois fluidos com o inibidor convencionalmente utilizado. Após verificar a estabilidade térmica destes fluidos, a eficiência à inibição da corrosão foi mensurada através da técnica de manchamento em ferro fundido. Os fluidos contendo as alcanolamidas apresentaram melhor desempenho à inibição da corrosão, porém, não foi possível mensurar quantitativamente as diferenças observadas através desta técnica. Com isso, os compostos foram submetidos a ensaios de perda de massa e polarização potenciodinâmica em ácido clorídrico, além de microscopia atômica para avaliar o efeito dos inibidores na superfície metálica. Através destes estudos foi possível comprovar que os produtos RDIPA e RAEPD possuem maior eficiência à inibição da corrosão. O mecanismo de inibição destes compostos, determinado através de isotermas de Langmuir, ocorre por fisissorção. Após a comprovação das propriedades anticorrosivas dos compostos sintetizados, foram analisadas as seguintes propriedades dos fluidos produzidos: viscosidade, formação de espuma, ângulo de contato, desgaste Reichert, alcalinidade e contaminação microbiológica. Observou-se um aumento da viscosidade e formação de espuma do fluido concentrado. Entretanto, comprovou-se que não há impacto significativo destas propriedades durante a aplicação destes fluidos. As alcanolamidas impactaram positivamente no aumento da lubricidade e reserva alcalina dos fluidos, além de diminuir a taxa de corrosão e a susceptibilidade dos fluidos à contaminação microbiológica, e facilitar o tratamento do resíduo gerado no processo de usinagem devido a maior biodegradabilidade das alcanolamidas. / DOW is a company that continuously searches for alternatives to add greater value to their products through the assessment of trends presented by the chemical industry. Within this dynamic it was identified a great need for more efficient and suitable (to new regulatory issues) corrosion inhibitors applied in metalworking fluids. This Master Thesis came up from this evaluation, where it was studied the synthesis and application of alkanolamides in metalworking fluids as corrosion inhibitors. The enzymatic synthesis in the absence of organic solvents was the chosen production process of alkanolamides because it\'s a new technology to DOW and it\'s aligned with sustainable precepts promoted by the company. The choice for the evaluation of alkanolamides emerged from a study conducted by the company on new technologies applied in metalworking fluids and the possibility of application of these compounds in other markets. It was synthesized four alkanolamides, RMEA, RMIPA, RDIPA and RAEPD, respectively obtained from the reaction between ricinoleic acid and following amino alcohols: 2-hydroxyethylamine, 1-amino-2-propanol, bis(2-hydroxypropyl)amine and 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol. The Novozym 435 catalyst (lipase) was used for all syntheses, and these were carried out according to a full factorial design for three factors. The synthesized products were characterized by NMR 13C, 1H and dept 135, Infrared and Mass Spectroscopy. The yield of the reactions was measured by HPLC technique. Based on the results it was possible, through the factorial design, determine the reaction conditions in which the yield is maximized (T = 80 ° C; Catalyst = 15 mol / g of ricinoleic acid; Speed = 600 rpm). The only disadvantage found of this synthesis process was the cost of the catalyst used. After the factorial design eight semi-synthetic metalworking fluids were formulated with the synthesized alkanolamides and two with the corrosion inhibitor conventionally used. After checking the thermal stability of these fluids, the corrosion inhibition efficiency was measured by staining technique of cast iron. Fluids containing alkanolamides performed better corrosion inhibition, however, was not possible to measure quantitatively the differences observed using this technique. Thus, the compounds were subjected to weight loss and potentiodynamic polarization tests in hydrochloric acid, besides the atomic microscopy to evaluate the effect of the inhibitors on the metal surface. Through these studies it was possible to demonstrate that RDIPA and RAEPD products were more efficient at inhibiting corrosion. The mechanism of inhibition of these compounds, as determined by Langmuir isotherms, is by physisorption. After checking the anticorrosive properties of the synthesized compounds, the following properties were analyzed from the formulated fluids: viscosity, foaming, contact angle, Reichert friction, alkalinity and microbiological contamination. It was observed an increase in viscosity and foaming on the concentrated fluids. However, it was found that there is no significant impact of these properties during the application of these fluids. Alkanolamides enabled an increase in lubricity and alkalinity of the formulated fluids. Additionally they reduced the corrosion rate and the susceptibility of fluids to microbiological contamination, and would make easier the treatment of the waste generated in cutting process due to their higher biodegradability.

A busca por materiais derivados de fontes renováveis e com características como biocompatibilidade e biodegradabilidade tem crescido significativamente nos últimos anos. A utilização de enzimas na polimerização representa um grande passo para a obtenção destes, visto que possibilitam a produção de polímeros evitando a utilização de catalisadores tóxicos e, assim, melhorando sua biocompatibilidade. O presente trabalho descreve a utilização de monômeros funcionais derivados de fontes renováveis na produção de poliésteres hidrolisáveis via catálise enzimática. As sínteses de polímeros produzidos a partir de isosorbídeo e ácidos dicarboxílicos ou derivados - como seus ésteres alquílicos e vinílicos - foram feitas utilizando a lipase de Candida antarctica Fração B como catalisador. As polimerizações foram realizadas por policondensações em massa e em solução, utilizando-se diferentes solventes e diferentes técnicas para remoção de subprodutos de reação. A principal abordagem foi o estudo das diferentes condições reacionais realizadas, variando-se o tempo de reação, tipo do monômero, solvente utilizado (se for o caso) e tipo de técnica para remoção de subprodutos visando o aumento da massa molar dos polímeros. A condição que forneceu os materiais com maiores massas molares foi a policondensação em solução, utilizando a mistura cicloexano:benzeno como solvente. Tendo por objetivo investigar profundamente a condição ótima obtida, e estabelecer padrões de comparação com outros sistemas, foram estudados, nessa condição, parâmetros como tempo de reação, efeito do tamanho da cadeia carbônica do monômero, grupo de saída, solubilidade dos polímeros e diluição do sistema. Os materiais obtidos foram caracterizados por cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho, difração de raios-X, e Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de 1H e 13C. Através deste trabalho foi provado que, embora apresente uma cinética de reação lenta, a polimerização enzimática deste diol secundário estericamente impedido é possível, fornecendo poliésteres com massas molares similares às obtidas via catálise química. Todos os resultados obtidos neste trabalho são inéditos no que diz respeito à polimerização enzimática de dióis secundários impedidos, mais especificamente de isosorbídeo. / The search for materials derived from renewable sources, with characteristics such as biocompatibility and biodegradability has grown significantly in recent years. The use of enzymes in the polymerization is a major step for the attainment of these materials, since it allows the production of polymers while avoiding the use of toxic catalysts and thus improving its biocompatibility. This paper describes the use of functional monomers derived from renewable sources in the production of hydrolysable polyesters by enzyme catalysis The synthesis and characterization of polymers derived from isosorbide and dicarboxilic acids or derivatives - such as alkyl and vinyl esters - were carried out using the lipase from Candida antarctica - Fraction B as catalyst. The polymerizations were accomplished by polycondensations in bulk and in solution, using different solvents and different techniques for removal of reaction byproducts. The main approach was to study the different reaction conditions, by varying the reaction time, monomer type, solvent used (if applicable) and the type of technique for removal of byproducts, aiming at maximizing polymer molar mass. The condition that provided the material with higher molecular weight was the solution step-growth polymerization, using a mixture cyclohexane:benzene as solvents. Aiming to thoroughly investigate the optimum condition obtained, and to establish standards for comparison with other systems, it was studied, in this condition, parameters such as reaction time, effect of monomer carbon chain length , leaving group, polymers solubility of and dilution of the reaction system. The materials were characterized by gel permeation chromatography (SEC), thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), infrared spectroscopy, X-ray diffraction and 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Through this work it was proved that, in spite of a slow reaction kinetics, the enzymatic polymerization of this hindered secondary diol is possible, providing polyester with molecular weight similar to those obtained by chemical catalysis. All results obtained in this work are unprecedented with respect to the enzymatic polymerization of hindered secondary diols, more specifically of Isosorbide.