Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Institute of Food Technology and Bioprocess Engineering. Technical University of Dresden. 2009

Uma série de derivados quirais (e.e. > 99%) foram sintetizados a partir do meso- exo-(3R,5S)-3,5-dihidróximetilenotriciclo[5,2.1.02,6]decano com altos rendimentos, usando catálise enzimática (lipases) em reações de transesterificação. A resolução do respectivo diéster racêmico através da hidrólise catalisada com esterase (PLE) não forneceu o monoéster opticamente enriquecido; enquanto que a dessimetrização do anidrido usando indutores quirais (quinina e quinidina) resultou no monoéster opticamente enriquecido (e.e.≅ 60%). O respectivo amino-álcool protegido foi preparado. Alguns análogos inéditos de peptídeos restritos incorporados do triciclodecano foram sintetizados.

Neste trabalho, realizou-se a síntese do ceto-álcool pentaciclíco (±)-5, assim como o estudo de reatividade do grupo carbonila do mesmo frente a reações de oximação e redução. Realizou-se também a resolução enantiomérica do composto (±)-5 através de reação de transesterificação com acetato de vinila catalisada pela lipase da Candida rugosa. Altos excessos enantioméricos foram obtidos (>95%, RMN) tanto para o álcool (+)-5 quanto para o éster formado (-)-8. Sugere-se a existência de uma interconversão enantiomérica no composto (+)-5, devido a observação de mistura racêmica, quando o mesmo foi analisado por cromatografia gasosa em coluna quiral. Um mecanismo para tal interconversão, o qual envolve um rearranjo intramolecular, é proposto.

A lipase Pseudomonas cepacia suspensa no líquido iônico bistrifluorometanosulfonimidato de butilmetilimidazólio é um método "verde" alternativo para a produção de biodiesel da alcoólise do óleo de soja. A reação de transesterificação catalisada pela enzima suspensa em líquido iônico pode ser realizada à temperatura de 30° C, na presença de água e sem o uso de solventes orgânicos. As melhores condições reacionais para produção de biodiesel foram obtidas pelo uso da lipase Pseudomonas cepacia PSC-I (0.6 g) suspensa em BMI.NTf2 (8.2 mmol), etanol/água (85:15) (41.2 mmol), óleo de soja (3.4 mmol) e temperatura de 30° C. O tempo de reação ( 8 h) para converter completamente o material de partida (óleo) foi determinado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) com triplicata dos experimentos em que a conversão da reação foi determinada em 90 %. Interessante é que a presença de água melhora a taxa de hidrólise do óleo rendendo ácidos graxos que são convertidos nos respectivos ésteres mais rapidamente do que o caminho de transesterificação. Estas atividades catalíticas são superiores àquelas relatadas anteriormente para processos enzimáticos em água ou outros suportes. Este resultado é relacionado provavelmente à extração do glicerol - formado durante a transesterificação - pela mistura de líquido iônico /álcool que assim desloca o equilíbrio para o produto biodiesel. O biodiesel é separado por simples decantação e o sistema catalítico líquido iônico/enzima recuperado pode ser reutilizado por pelo menos 4 vezes sem perder atividade catalítica e seletividade. O líquido iônico fornece o meio ideal para a estabilização da enzima e também para a remoção do glicerol, aumentando assim o rendimento de biodiesel. / Pseudomonas cepacia lipase suspended in the 1-n-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ionic liquid is an alternative "green" method for the production of biodiesel from the alcoholysis of soybean oil. The transesterification reaction catalyzed by enzyme suspended in ionic liquid can be performed at room temperature, in the presence of water and without the use of organic solvents. The best reaction conditions to biodiesel production were obtained by the use of Pseudomonas cepacia lipase (0.6 g) suspended in BMI.NTf2 (8.2 mmol), ethanol/water (85:15) (41.2 mmol) and soybean oil (3.4 mmol) at temperature of 30° C. The reaction time (8 h) for the complete conversion of the starting oil material was determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) with triplicate experiments in which the reaction conversion was determined as 90%. Interestingly, the presence of water improves the oil hydrolysis rate yielding the fatty acid that is converted into the respective ester faster than the transesterification pathway. The catalytic activities are superior to those reported in literatures for enzymatic processes in water or other supports. This result is probably related to the extraction of the glycerol - formed during the transesterification - by the ionic liquid thus shifting the equilibrium to the biodiesel product. The biodiesel is separated by simple decantation and the recovered ionic liquid/enzyme catalytic system can be re-used at least four times without loss of catalytic activity and selectivity. The ionic liquid provides the ideal medium for the stabilization of the enzyme and also for the removal of glycerol by-product, thus increasing the biodiesel yield.

REIS, C. L. B. Estudos de pré-tratamentos do bagaço de caju utilizando líquido iônico prótico visando a obtenção de produtos de valor agregado. 2016. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-11-07T13:06:06Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_clbreis.pdf: 2418073 bytes, checksum: 8fd280f37fe085c3fd6cd24abd1d752a (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-11-16T16:09:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_clbreis.pdf: 2418073 bytes, checksum: 8fd280f37fe085c3fd6cd24abd1d752a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-16T16:09:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_clbreis.pdf: 2418073 bytes, checksum: 8fd280f37fe085c3fd6cd24abd1d752a (MD5) Previous issue date: 2016-03-18 / Lignocellulosic materials represent a promising renewable feedstock for the production of fermentable sugars and biofuels. Cashew apple bagasse (CAB) waste of the cashew apple agribusiness is an example of lignocellulosic material, mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin, which form a complex and intricate structure, and these features one of the greatest difficulties for the use of lignocellulosic residues by biotransformation, both microbial and enzyme, thereby limiting the use and prevents the conversion economically feasible value-added products. Different pretreatments of CAB were evaluated using diluted sulfuric acid, sodium hydroxide, alkaline hydrogen peroxide, to modify its structure, and among alternative technologies to pretreatment, which is gaining focus is on ionic liquids application. In this context, the present study aims to evaluate different procedures of pretreatment of CAB using the protic ionic liquid 2-(hydroxy) ethylammonium acetate (2-HEAA). Initially, the ionic liquid was synthesized for neutralization acid-base reaction using acetic acid and monoethanolamine in the 1:1 ratio at 35 °C for 24 h. Five methodologies of pretreatment from CAB were evaluated: A method - the pretreatment was conducted in a oven at 120 °C for 3 h using 5% (w/w) solid; B method - the pretreatment was conducted in a oven at 130 °C for 24 h, using 8.68% (w/w) solid, after complete dissolution ethanol 96% was added; C method - the pretreatment was conducted in a autoclave at 120 °C for 3 h, using 15.23% (w/w) solid; D and E methods - the pretreatment was conducted for heated at 80 °C for 6 h or 24 (D and E methods, respectively) using 10% (w/w) solid under continuous stirring in a reactor, after complete dissolution, was treated with a 3% (w/w) NaOH. The analysis of 13C NMR CP/MAS indicate the solids formation with crystalline cellulose structure after pre-treatment, each method has a different mechanism of action on the structure of bagasse, but there was no relationship of crystallinity in the digestibility of cellulose. All studied methods showed an increase in the digestibility of cellulose and high yield of glucose. The digestibility of the cellulose CAB after pretreatment for the methods A, B, C, D and E was 60.65%, 98%, 73.10%, 88.59% and 94.88%, respectively. Glucose yield 270 mgglucose/gCAB-IL (CAB-IL-A), 747.72 mgglucose/gCAB-IL (CAB-IL-B), 541.84 mgglucose/gCAB-IL (CAB-IL-C), 626.43 mgglucose/gCAB-IL (CAB-IL-D), 720.92 mgglucose/gCAB-IL(CAB-IL-E), while the CAB reported 48 mgglucose/gCAB at 96 h of enzymatic hydrolysis. The results demonstrated that increasing crystallinity is a factor of the second order in enzymatic hydrolysis and decreasing the lignin percentage in that the samples positively affects the hydrolysis, taking the 2-HEAA the percent delignification of up to 91.54% (CAB-IL-E), also shown in the FTIR spectra. The pretreatment that was more satisfactory was the method B, that showed a higher level of remaining solids, high digestibility (97.80%), high yield glucose 747.72 mgglucose/gCAB-IL and 8.68% (w/w) of CAB/IL. The potential of reuse of the IL was examined using the method B, the IL was used in three pre-treatment processes (once pure and two times reused), which resulted glucose yield of 463.09 mgglucose/gCAB-IL (CA-IL-R-1) and 505.04 mgglucose/gCAB-IL (CAB-IL-R-2) at 72 h of enzymatic hydrolysis. This work appears as innovative and important model for advancing the use of ILs protic in the pretreatment of CAB, presenting a promising alternative that results in high extraction of lignin from CAB and in high yields in the enzymatic hydrolysis, which may then serve as substrates for the production of value added products. / Materiais lignocelulósicos representam uma promissora matéria-prima renovável para a produção de açúcares fermentáveis, biocombustíveis, produtos de base biológica, em bioplásticos, bioquímicos, reduzindo assim a dependência do petróleo. O bagaço de caju (BC), um resíduo da agroindústria de caju, é um exemplo de material lignocelulósico, o qual é composto principalmente por celulose, hemicelulose e lignina arranjados em uma estrutura complexa e intrincada. Em razão disso, resíduos lignocelulósicos são resistentes à biotransformação microbiana e enzimática, limitando assim o uso e a conversão desses em produtos economicamente viáveis. Na literatura, são encontrados diferentes métodos de modificação da estrutura do BC, dentre eles, a utilização de ácido sulfúrico diluído, hidróxido de sódio, peróxido de hidrogênio alcalino, entre outras tecnologias alternativas para o pré-tratamento. No entanto, a aplicação de líquidos iônicos próticos na dissolução de biomassa lignocelulósica vem ganhando foco nas pesquisas, pois podem ser projetados de acordo com as características físico-químicas almejadas, através da combinação de diferentes cátions e ânions. Neste contexto, o presente estudo teve como objetivo avaliar diferentes procedimentos de pré-tratamento do bagaço de caju utilizando-se o líquido iônico prótico acetato de 2- hidroxietanolamina (2-HEAA). Inicialmente, o líquido iônico (LI) foi sintetizado por reação ácido-base de neutralização do ácido acético e monoetanolamina em proporção equimolar a 35 °C durante 24 h. Foram estudadas cinco metodologias distintas de pré-tratamento do BC: Método A: conduzido em estufa com circulação de ar a 120 °C durante 3 h usando 5% (m/m) de BC em LI; Método B: conduzido em estufa com circulação de ar a 130 °C por 24 h usando 8,68% (m/m) de BC em LI, com posterior remoção de LI com etanol 96% (v/v); Método C: conduzido em autoclave a 120 °C durante 3 h usando 15,23% (m/m) de BC em LI, os Métodos D e E foram realizados em reator a 80 °C durante 6 h e 24 h, respectivamente, sob agitação contínua com posterior extração com NaOH 3% (m/m) e utilizando 10% (m/m) de BC em LI. As análises de RMN de 13C CPMAS indicaram que os sólidos pré-tratado apresentaram uma estrutura de celulose cristalina, em que cada método apresentou um mecanismo de ação diferente sobre a estrutura do bagaço, porem não houve nenhuma relação da cristalinidade sob a digestibilidade da celulose. Todos os métodos estudados apresentaram aumento na digestibilidade da celulose e elevado rendimento de glicose. A digestibilidade da celulose do BC após pré-tratamento para os métodos A, B, C, D e E, foi de 60,65%, 98%, 73,10%, 88,59% e 94,88%, respectivamente. Com rendimento de glicose de 270 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-A), 747,72 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-B), 541,84 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-C), 626,43 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-D), 720,92 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-E), enquanto o BC reportou 48 mgglicose/gBC em 96 h de hidrólise enzimática. Os resultados demonstraram que o aumento da cristalinidade não influenciou negativamente a hidrólise enzimática e que a diminuição do percentual lignina no bagaço pré-tratado afeta positivamente a hidrólise, obtendo um percentual de deslignificação de 91,54 % utilizando o método E, resultado corroborado pelos espectros obtidos por FTIR. O pré-tratamento que mostrou-se mais satisfatório foi o método B, que apresentou maior teor de sólidos remanescentes, elevada digestibilidade (97,80%), alto rendimento de glicose 747,72 mgglicose/gBC-LI e com 8.68% (m/m) de BC em LI. Estudou-se tambem o reuso do LI conduzindo o pré-tratamento conforme o método B, que obtiveram rendimentos de glicose de 463,09 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-R-1) e 505,04 mgglicose/gBC-LI (BC-LI-R-2) em 72 h de hidrólise enzimática. Assim, esse trabalho surge como modelo inovador e importante para o avanço do uso de LIs próticos no pré-tratamento de materiais lignocelulósicos, apresentando-se como alternativa promissora que resulta em elevada extração da lignina do BC e em altos rendimentos de carboidratos na hidrólise enzimática.

Neste trabalho, realizou-se a síntese do ceto-álcool pentaciclíco (±)-5, assim como o estudo de reatividade do grupo carbonila do mesmo frente a reações de oximação e redução. Realizou-se também a resolução enantiomérica do composto (±)-5 através de reação de transesterificação com acetato de vinila catalisada pela lipase da Candida rugosa. Altos excessos enantioméricos foram obtidos (>95%, RMN) tanto para o álcool (+)-5 quanto para o éster formado (-)-8. Sugere-se a existência de uma interconversão enantiomérica no composto (+)-5, devido a observação de mistura racêmica, quando o mesmo foi analisado por cromatografia gasosa em coluna quiral. Um mecanismo para tal interconversão, o qual envolve um rearranjo intramolecular, é proposto.

A Mucopolissacaridose do tipo I (MPS I) é uma doença autossômica recessiva causada pela deficiência da hidrolase lisossomal α-L-iduronidase (IDUA, EC 3.2.1.76). Essa deficiência leva ao acúmulo progressivo dos glicosaminoglicanos (GAGs) heparan e dermatan sulfato nos tecidos com subsequente alteração da função celular e dano em múltiplos órgãos. Existem evidências na literatura de que a introdução precoce da Terapia de Reposição Enzimática (TRE) leva a um melhor prognóstico, principalmente para pacientes com a forma grave da doença (Síndrome de Hurler), prevenindo ou minimizando danos irreversíveis. Tendo em vista que a maioria dos pacientes brasileiros com MPS I é diagnosticada tardiamente e não recebe tratamento imediato, o objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da TRE na reversibilidade dos sintomas no modelo murino de MPS I. Animais com MPS I foram tratados dos 6 aos 8 meses com laronidase na dose de 1,2mg/kg a cada duas semanas e comparados com camundongos normais e MPS I não tratados de 8 meses. A TRE tardia foi efetiva na redução de GAGs urinários e viscerais. Apesar da normalização dos GAGs do miocárdio e da fração de encurtamento ventricular esquerda, a função cardíaca não foi completamente restaurada. A fração de ejeção ventricular esquerda e a razão entre aceleração e ejeção na artéria pulmonar dos camundongos tratados atingiram apenas níveis intermediários entre camundongos normais e não tratados. Não foram encontradas diferenças estatisticamente significativas na espessura da parede da aorta, mas as válvulas cardíacas foram significativamente reduzidas no grupo tratado. Uma grande variabilidade nos resultados dos testes comportamentais foi encontrada nos animais tratados. Esse achado não pode ser correlacionado com nenhuma outra variável como níveis de GAGs ou atividade de catepsina D no córtex cerebral, além da função cardíaca ou formação de anticorpos. Todos os animais que receberam laronidase desenvolveram anticorpos contra a enzima, sem que os níveis de anticorpos apresentassem correlação com os outros parâmetros analisados. Em conclusão, a administração da TRE tardia melhora diversos aspectos da doença e deve ser considerada sempre que possível. / Mucopolysaccharidosys type I (MPS I) is a rare disorder caused by deficiency of the lysosomal hydrolase α-L-iduronidase (IDUA, EC 3.2.1.76). This deficiency leads to progressive storage of glycosaminoglycans (GAGs) heparan and dermatan sulphate, with subsequent disturbances in cell function and multiorgan damage. There is a consensus in the literature that early Enzyme Replacement Therapy (ERT) leads to a better outcome, particularly in patients with the severe form of the disease (Hurler syndrome), preventing or minimizing irreversible damage. Since most Brazilian patients are diagnosed late and don’t receive immediate treatment, the aim of this study was to evaluate the effects of late ERT on symptom reversibility in a MPS I murine model. We treated 10 MPS I mice from 6 to 8 months (ERT 6-8mo) with 1.2mg laronidase/kg every 2 weeks and compared to 8 months-old wild-type (Normal) and untreated animals (MPS I). Late ERT was effective reducing urinary and visceral GAGs to normal levels. Although myocardium GAGs and left ventricular (LV) shortening fraction were normalized, cardiac function wasn’t completely restored. LV ejection fraction and acceleration/ejection ratio at the pulmonary valve reached intermediary levels between normal and untreated MPS I mice. While no significant results were found on aortic wall width, heart valves were significantly smaller in the ERT 6-8mo than in untreated mice. A wide variability was found on the behavior tests of treated animals. No correlation was found between this finding and any other variable, such as GAG levels, cerebral cortex cathepsin D activity, heart function or antibody formation. All animals treated with laronidase developed antibodies against the enzyme but no correlation was found with other parameters analyzed. In conclusion, late ERT improves many aspects of the disease and should be considered whenever possible.

Uma série de derivados quirais (e.e. > 99%) foram sintetizados a partir do meso- exo-(3R,5S)-3,5-dihidróximetilenotriciclo[5,2.1.02,6]decano com altos rendimentos, usando catálise enzimática (lipases) em reações de transesterificação. A resolução do respectivo diéster racêmico através da hidrólise catalisada com esterase (PLE) não forneceu o monoéster opticamente enriquecido; enquanto que a dessimetrização do anidrido usando indutores quirais (quinina e quinidina) resultou no monoéster opticamente enriquecido (e.e.≅ 60%). O respectivo amino-álcool protegido foi preparado. Alguns análogos inéditos de peptídeos restritos incorporados do triciclodecano foram sintetizados.

A lipase Pseudomonas cepacia suspensa no líquido iônico bistrifluorometanosulfonimidato de butilmetilimidazólio é um método "verde" alternativo para a produção de biodiesel da alcoólise do óleo de soja. A reação de transesterificação catalisada pela enzima suspensa em líquido iônico pode ser realizada à temperatura de 30° C, na presença de água e sem o uso de solventes orgânicos. As melhores condições reacionais para produção de biodiesel foram obtidas pelo uso da lipase Pseudomonas cepacia PSC-I (0.6 g) suspensa em BMI.NTf2 (8.2 mmol), etanol/água (85:15) (41.2 mmol), óleo de soja (3.4 mmol) e temperatura de 30° C. O tempo de reação ( 8 h) para converter completamente o material de partida (óleo) foi determinado por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) com triplicata dos experimentos em que a conversão da reação foi determinada em 90 %. Interessante é que a presença de água melhora a taxa de hidrólise do óleo rendendo ácidos graxos que são convertidos nos respectivos ésteres mais rapidamente do que o caminho de transesterificação. Estas atividades catalíticas são superiores àquelas relatadas anteriormente para processos enzimáticos em água ou outros suportes. Este resultado é relacionado provavelmente à extração do glicerol - formado durante a transesterificação - pela mistura de líquido iônico /álcool que assim desloca o equilíbrio para o produto biodiesel. O biodiesel é separado por simples decantação e o sistema catalítico líquido iônico/enzima recuperado pode ser reutilizado por pelo menos 4 vezes sem perder atividade catalítica e seletividade. O líquido iônico fornece o meio ideal para a estabilização da enzima e também para a remoção do glicerol, aumentando assim o rendimento de biodiesel. / Pseudomonas cepacia lipase suspended in the 1-n-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ionic liquid is an alternative "green" method for the production of biodiesel from the alcoholysis of soybean oil. The transesterification reaction catalyzed by enzyme suspended in ionic liquid can be performed at room temperature, in the presence of water and without the use of organic solvents. The best reaction conditions to biodiesel production were obtained by the use of Pseudomonas cepacia lipase (0.6 g) suspended in BMI.NTf2 (8.2 mmol), ethanol/water (85:15) (41.2 mmol) and soybean oil (3.4 mmol) at temperature of 30° C. The reaction time (8 h) for the complete conversion of the starting oil material was determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) with triplicate experiments in which the reaction conversion was determined as 90%. Interestingly, the presence of water improves the oil hydrolysis rate yielding the fatty acid that is converted into the respective ester faster than the transesterification pathway. The catalytic activities are superior to those reported in literatures for enzymatic processes in water or other supports. This result is probably related to the extraction of the glycerol - formed during the transesterification - by the ionic liquid thus shifting the equilibrium to the biodiesel product. The biodiesel is separated by simple decantation and the recovered ionic liquid/enzyme catalytic system can be re-used at least four times without loss of catalytic activity and selectivity. The ionic liquid provides the ideal medium for the stabilization of the enzyme and also for the removal of glycerol by-product, thus increasing the biodiesel yield.

Neste trabalho, realizou-se a síntese do ceto-álcool pentaciclíco (±)-5, assim como o estudo de reatividade do grupo carbonila do mesmo frente a reações de oximação e redução. Realizou-se também a resolução enantiomérica do composto (±)-5 através de reação de transesterificação com acetato de vinila catalisada pela lipase da Candida rugosa. Altos excessos enantioméricos foram obtidos (>95%, RMN) tanto para o álcool (+)-5 quanto para o éster formado (-)-8. Sugere-se a existência de uma interconversão enantiomérica no composto (+)-5, devido a observação de mistura racêmica, quando o mesmo foi analisado por cromatografia gasosa em coluna quiral. Um mecanismo para tal interconversão, o qual envolve um rearranjo intramolecular, é proposto.