Triquentrinas A são produtos naturais marinhos com atividade biológica e alta complexidade estrutural. Estes fatores tornam estes alcaloides e compostos análogos, como os herbindóis, alvos para a síntese total e plataforma para o desenvolvimento de novas metodologias sintéticas. Nesta Dissertação de Mestrado, procurou-se completar a síntese estereosseletiva da (+)-cis-triquentrina A empregando-se intermediários sintéticos protegidos com o grupo benzila que poderão ser usados para a futura prospecção de novos compostos com atividade biológica. A rota proposta baseia-se na obtenção do ácido (S)-3-(1-benzil-4-etil-1H-indol-7-il)butanóico, um intermediário-chave já descrito por Silva e colaboradores no percurso da síntese total da (+)-trans-triquentrina A, e da finalização da síntese de acordo com a abordagem proposta pelo grupo de RajanBabu para conversão do análogo protegido com grupo tosila à (+)-cis-triquentrina A. A resolução enzimática do intermediário-chave com lipase de Pseudomonas cepacia imobilizada em terra diatomácea foi otimizada, resultando em rendimentos de 32% e 99% ee na metade do tempo descrito anteriormente. Na etapa-chave da síntese, o (S)-ácido foi submetido a uma acilação de Friedel-Crafts intramolecular na presença de anidrido trifluoroacético que produziu o produto de ciclização desejado com 40% de rendimento. Na etapa final da síntese, o intermediário sintético protegido com grupo benzila não pode ser convertido à (+)-cis-triquentrina A, empregando-se a metodologia desenvolvida para a redução do composto análogo tosilado, dada a diferença de reatividade imposta pela troca do grupo protetor. As etapas realizadas até o penúltimo intermediário sintético (S)-8, consta com 10 etapas e rendimento global de 1,3%. viii As diferenças eletrônicas e estruturais relacionadas a diferentes grupos protetores poderão ser refletidas em variações na atividade antiproliferativa de indóis relacionados a triquentrinas. Ainda no interesse de preparar moléculas para envio à análises de atividade antiproliferativa preparou-se um composto relacionado à síntese da trans-triquentrina A tendo como etapa-chave uma contração de anel mediada por I(III) em 21% de rendimento, cujo trabalho foi incluído nos anexos. / Trikentrins A are marine natural products with biological activity and high structural complexity. These factors make these alkaloids and analogous compounds, such as herbidoles, targets for total synthesis and platform for the development of new synthetic methodologies. In this Master\'s Dissertation, we attempted to complete the stereoselective synthesis of (+)-cis-trikentrin A using synthetic intermediates protected with the benzyl group that could be used for the future prospection of new compounds with biological activity. The proposed route is based on the preparation of (S)-3-(1-benzyl-4-ethyl-1H-indol-7-yl) butanoic acid, a key intermediate already described by Silva et al., in the course of total synthesis (+)-trans-triquentrin A, and the final part of the synthesis according to the approach proposed by the RajanBabus group for conversion of the protected analogue with tosyl group to (+)-cis-trikentrin A. The enzymatic resolution of the key intermediate with Pseudomonas cepacia lipase immobilized on diatomaceous earth was optimized, resulting in 32% yield and 99% ee in half the time described above. In the key step of the synthesis, the (S)-acid was subjected to an intramolecular Friedel-Crafts acylation in the presence of trifluoroacetic anhydride which yielded the desired cyclization product in 40% yield. In the final step of the synthesis, the synthetic intermediate protected with benzyl group couldnt be converted to (+)-cis-trikentrin A, employing the methodology developed for the reduction of the tosylated analogous compound, given the difference of reactivity imposed by exchange of the protective group. The steps carried out up to the synthetic intermediate (S)-8, consists of 10 steps and overall yield of 1.3%. Electronic and structural differences related to different protective groups may be reflected in variations in the antiproliferative activity of indoles related to trikentrins. A compound related to the synthesis of trans-triquentrin A having as its key step an I(III) mediated ring contraction in 21% yield was also prepared in the interest of preparing molecules for antiproliferative activity analysis, whose work was included in the appendix.

O Artepelin C (ART C) é um produto natural presente na própolis verde brasileira que apresenta diversas atividades biológicas. Dentre essas, destacam-se as atividades anticancerígenas, o que o torna um promissor candidato à fármaco para o tratamento de diversos tipos de câncer (pulmão, rins, cólon, testículos, próstata e leucemia). A determinação do metabolismo de um candidato a fármaco é uma das etapas primordiais no desenvolvimento do mesmo. Atualmente, modelos in vitro para a determinação do metabolismo do candidato frente às enzimas da citocromo P450 (CYP450) vem sendo largamente utilizados. Esses modelos apresentam como principais vantagens a simplicidade, o baixo custo e a ausência ou uso reduzido de animais. No presente trabalho, avaliou-se o metabolismo in vitro do ART C empregando microssomas hepáticos de ratos e de humanos, com o objetivo de caracterizar os parâmetros cinéticos enzimáticos e identificar os possíveis metabólitos formados durante o metabolismo. Para tanto, foi desenvolvido e validado um método analítico para análise do ART C em meio microssomal. A análise do ART C foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência, empregando coluna C18 e fase móvel composta por metanol : solução aquosa de ácido fórmico 0,1% (70:30, v/v). A vazão utilizada foi de 1,2 mL min-1 e a detecção foi realizada em 315 nm. A metodologia analítica foi validada de acordo com o guia para validação de métodos bioanalíticos da Agência Nacional de Vigilância Sanitária, avaliando-se os parâmetros seletividade, linearidade, efeito residual, limite inferior de quantificação, precisão, exatidão e estabilidade, sendo que os resultados obtidos corroboraram com as exigências do guia. A seguir, foram determinadas as condições de velocidade inicial da reação enzimática (V0), necessárias para a determinação dos parâmetros cinéticos enzimáticos do metabolismo do ART C em microssomas hepáticos de ratos e humanos. As condições de V0 determinadas foram tempo de incubação de 30 minutos e concentração proteica microssomal de 0,5 mg mL-1 para os microssomas de ratos e tempo de incubação de 40 minutos e concentração proteica microssomal de 0,5 mg mL-1 para os microssomas de humanos. O modelo microssomal de rato demonstrou um possível perfil cinético sigmoidal, adequando-se ao modelo cinético de Hill. Os parâmetros cinéticos determinados foram: Vmáx = 0,7567 ± 0,0212 µmol mg-1 min-1, coeficiente de Hill = 10,90 ± 2,80 e S50 = 33,35 ± 0,55 µM. A partir desses parâmetros obteve-se o clearance intrínseco para o ART C de 16,63 ± 1,52 µL min-1 mg-1. Para o modelo microssomal de humanos, os resultados do metabolismo do ART C não se adequaram a nenhum dos modelos cinéticos enzimáticos já descritos. Em ambos os modelos microssomais, foi possível a identificação de dois metabólitos do ART C. Para tanto, foi empregado a cromatografia liquida acoplada a espectrometria de massa de alta resolução ou acoplada a espectrometria de massa de múltiplos estágios. Os resultados revelaram que ambos os metabólitos formados são produtos de hidroxilação do ART C. / Artepillin C (ART C) is a natural product present in Brazilian green propolis, which has several biological properties. Among these ones, the anticancer properties have been highlighted, making ART C a promising drug candidate for treatment of several types of cancer (lungs, kidneys, colon, testicles, prostate and leukemia). The knowledge of a drug metabolism is one of the key stages in early drug development. Nowadays, in vitro models have been used to determine the metabolic route by the cytochrome P450 (CYP450) enzymes for a drug candidate. The main advantages of using these models are the simplicity, the relative low cost and the absence or reduced use of animals. In this project, we determined the in vitro metabolism of ART C by employing rat and human liver microsomes, in order to characterize the enzymatic kinetics parameters and to identify possible produced metabolites during the metabolism. To accomplish that, an analytical method was developed and validated for ART C analysis in microsomal medium. The ART C analysis was carried out by high performance liquid chromatography, using a C18 column and methanol : formic acid aqueous solution 0.1% (70:30, v/v) as mobile phase. The flow rate used was 1.0 mL min-1 and detection was set at 315 nm. The analytical methodology was validated according to ANVISA guideline for bioanalytical method validation. The following parameters were evaluated: selectivity, linearity, carryover, lower limit of quantification, precision, accuracy and stability, wherein the obtained results corroborate to the guides requirement. Hereafter, the initial velocity conditions for the enzymatic reaction (V0) of ART C metabolism in rat and human liver microsomes was determined. The V0 conditions were incubation time 30 minutes and microsomal protein concentration 0.5 mg mL-1 for rat microsomes and incubation time 40 minutes and microsomal protein concentration 0.5 mg mL-1 for human microsomes. The metabolism by rat liver microsomes suggested a sigmoidal profile, adapting to the Hills kinetics model. The enzymatic kinetics parameters determined were: Vmax = 0.7567 ± 0.0212 µmol mg-1 min-1, Hill coefficient = 10.90 ± 2.80 and S50 = 33.35 ± 0.55 µM. Based on these parameters, the calculated intrinsic clearance for ART C was 16.63 ± 1.52 µL min-1 mg-1. The in vitro metabolism assay employing human microsomes did not fit any enzymatic kinetics models. In both microsomal models, two ART C metabolites were determined. The identification of the metabolites was performed by liquid chromatography coupled to a high resolution mass spectrometry or coupled to a multiple-stage mass spectrometry. The results revealed that both ART C metabolites were produced after a hydroxylation reaction.

A (-)- grandisina (GRA) é um produto natural da classe das lignanas e é encontrada em muitas espécies de plantas das regiões Norte e Nordeste do Brasil. Por apresentar diversas propriedades biológicas, como atividade tripanocida, anti-inflamatória, antinociceptiva, e principalmente atividade antileucêmica e antitumoral contra tumores de Ehrlich, a GRA pode ser considerada um potencial candidato a fármaco. Porém, para que a GRA se torne um fármaco são necessárias diversas etapas de estudos, incluindo estudos pré-clínicos de interações medicamentosas (DDI). As DDI ocorrem principalmente devido a inibições diretas e tempo-dependentes das enzimas do citocromo P450 (CYP450), uma superfamília de enzimas responsável por metabolizar cerca de 75% dos fármacos em uso. Os estudos pré-clínicos de DDI envolvem o conhecimento do potencial inibitório do candidato a fármaco sobre essas enzimas e esses estudos podem ser realizados empregando diversos modelos in vitro, como, por exemplo, microssomas hepáticos de humanos (HLM). Assim, nesse estudo foi avaliado o efeito inibitório da GRA sobre a atividade das principais isoformas do CYP450 e também foram determinadas as isoformas que contribuem para a formação dos metabólitos da GRA. Os resultados demonstraram que múltiplas isoformas participam da formação dos metabólitos da GRA, com destaque para a CYP2C9, que participa da formação de todos os metabólitos. Em relação aos estudos de inibição, foi possível concluir que a GRA é um inibidor fraco da CYP1A2 e CYP2D6, com valores de IC50 maiores do que 200 µM e 100 µM, respectivamente, e um inibidor moderado e competitivo da CYP2C9, com IC50 igual a 40,85 µM e Ki igual a 50,60 µM. Para a CYP3A4 o potencial inibitório da GRA foi avaliado utilizando dois substratos distintos. A GRA demonstrou ser tanto um inibidor dose-dependente moderado e competitivo dessa isoforma, quanto um inibidor tempo-dependente baseado em mecanismo com potencial de inativação equiparável ao do irinotecano, inibidor baseado em mecanismo clinicamente significativo. Utilizando a nifedipina como substrato os valores de IC50 e Ki foram 78,09 µM e 48,71 µM, respectivamente. Já os valores dos parâmetros cinéticos de inativação foram KI= 6,40 µM, kinact= 0,037 min-1 e Clinact= 5,78 mL min-1 µmol-1. Para os ensaios empregando o midazolam os valores de IC50 e Ki foram 48,87 µM e 31,25 µM, respectivamente, e os valores dos parâmetros cinéticos de inativação foram KI= 31,53 µM, kinact= 0,049 min-1 e Clinact= 1,55 mL min-1 µmol-1. Com relação a CYP2E1, por sua vez, foi possível observar que a GRA tem capacidade de aumentar a atividade dessa isoforma significativamente a partir da concentração de 4 µM. Portanto, conclui-se que não há risco da GRA apresentar interações medicamentosas com fármacos metabolizados pela CYP1A2 e CYP2D6, enquanto que para a CYP2C9, apesar da GRA ser um inibidor moderado dessa isoforma, o risco é baixo. Já para medicamentos metabolizados pela CYP2E1 e CYP3A4 o risco de DDI existe e isso deve ser cuidadosamente monitorado in vivo, principalmente porque a CYP3A4 é a isoforma responsável por catalisar o metabolismo da maioria dos fármacos. / (-)-grandisin (GRA) is a lignanic natural product found in many species of plants from North and Northeast of Brazil. This compound has several biological properties, such as trypanocide, anti-inflammatory, antinociceptive, antileukemia activity and antitumor activity against Ehrlich tumor. Because of these biological properties, GRA is considered a potential drug candidate, however, before becoming a new drug, GRA has to undergo various tests, including preclinical drug-drug interactions (DDI) studies. Most of the times, DDI occur because of direct and time-dependent inhibitions of cytochrome P450 (CYP450) enzymes, an enzyme superfamily responsible for metabolizing the vast majority of drugs administered. Preclinical drug-drug interactions studies involve the evaluation of the potential of a drug candidate to inhibit this superfamily of enzymes and these studies can be conducted using in vitro models, such as human liver microsomes (HLM). Therefore, in this project, the inhibitory effect of GRA on the activity of some CYP450 isoforms was evaluated and the isoforms that catalyze the formation of GRA\'s metabolites were also determined. Results showed that multiple CYP450 isoforms participate in the GRA\'s metabolites formation, highlighting CYP2C9, which catalyzes the formation of all metabolites. The inhibition studies showed that GRA is a weak inhibitor of CYP1A2 and CYP2D6, with IC50 values greater than 200 µM and 100 µM, respectively, and a moderate and competitive inhibitor of CYP2C9, with IC50 value equal to 40.85 µM and Ki value equal to 50.60 µM. The capability of GRA to inhibit CYP3A4 was evaluated using two different substrates. GRA showed to be a moderate and competitive dose- dependent inhibitor of this isoform and also a mechanism-based time-dependent inhibitor with potential of inactivation comparable to irinotecan, a clinically significant mechanism-based inhibitor. IC50 and Ki values obtained using nifedipine as substrate were 78.09 µM and 48.71 µM, respectively, and inactivation kinetics parameters were KI= 6.40 µM, kinact= 0,037 min-1 e Clinact= 5.78 mL min-1 µmol-1. On the other hand, IC50 and Ki values using midazolam as substrate were 48.87 µM and 31.25 µM, respectively, and the values of inactivation kinetics parameters were KI= 31.53 µM, kinact= 0,049 min-1 and Clinact= 1.55 mL min-1 µmol-1. With respect to CYP2E1, it was observed that GRA increases its activity significantly from a concentration of 4 µM. Therefore, it is possible to conclude that there is no risk of DDI between GRA and drugs metabolized by CYP1A2 and CYP2D6, while for CYP2C9, although GRA is a moderate inhibitor of this isoform, the risk is low. Finally, for drugs metabolized by CYP3A4 and CYP2E1 there is risk of DDI and this should be carefully monitored in humans, mainly because CYP3A4 is an isoform responsible for catalyzing the metabolism of most drugs in use.

A obtenção de moléculas enantiomericamente puras ou enriquecidas tem se demonstrado um desafio em química orgânica sintética. Nesse âmbito, a biocatálise aparece como uma importante ferramenta sintética. Neste trabalho, desenvolveu-se uma metodologia para a obtenção de 6-hidróxioct-7-inoato de metila, 5-hidróxihept-6-inoato de metila, e 4-hidróxihex-5-inoato de metila enantiomericamente enriquecidos via resolução cinética enzimática. Primeiramente foram investigadas variáveis como temperatura, tempo, quantidade de doador de acila, solvente e enzima adequada para a reação. Em uma segunda etapa do trabalho, foram desenvolvidas seqüências reacionais onde os hidroxiésteres originariam moléculas bioativas Utilizando o 5-hidróxihept-6-inoato de metila, após três etapas reacionais, foi possível sintetizar intermediários sintéticos avançados das moléculas bioativas goniotalamina e argentilactona. De maneira análoga, após algumas etapas reacionais, o 4-hidróxihex-5-inoato de metila originou os feromônios buibuilactona, japonilura e 4-hexanolida / The synthesis of enantiomerically pure or enriched molecules has been an important challenge in synthetic organic chemistry. Among a variety of disciplines dedicated to achive this goal, biocatalysis appears as an important synthetic tool. Herein, we developed a methodology to obtain methyl 6-hydroxyoct-7-ynoate, methyl 5-hydroxyhept-6-ynoate and methyl 4-hydroxyhex-5-ynoate enantiomerically enriched by an enzymatic kinetic resolution. Reaction conditions such as temperature, reaction time, amount of acyl donor, solvent and enzyme were screened, in order to obtain high yields and enantioselectivities. In the second part of our work, synthetic pathways were developed where the hydroxyesters lead to bioactive molecules. Using methyl 5-hydroxyhept-6-ynoate, after three steps, advanced synthetic intermediates for the synthesis of the bioactive molecules, such as goniothalamine and argentilactone, were prepared. In the same way, methyl 4-hydroxyhex-5-ynoate was submitted to a reaction sequence leading the pheromones buibuilactone, japonilure and 4-hexanolide.

Nesta dissertação de mestrado foram estudadas duas bactérias, Sphingobacterium sp e Arthrobacter atrocyaneus, produtoras de enzimas álcool desidrogenases que se mostraram capazes de catalisar reações de oxidação enantiosseletiva de alcoóis secundários racêmicos. Inicialmente foram avaliados alguns parâmetros para a realização da resolução cinética do (RS)-1-feniletanol, assim como quantidade de substrato, biomassa das bactérias (Sphingobacterium sp e Arthrobacter atrocyaneus) e tempo reacional necessário para a oxidação completa de um dos enantiômeros do substrato. Nas reações com a bactéria Sphingobacterium sp (R1AC23) observou-se a presença de álcool desidrogenase com alta atividade catalítica, porém com moderada enantiosseletividade, pois em alguns casos observou-se a oxidação completa dos alcoóis para-substituídos derivados do (RS)-1- feniletanol a suas correspondentes cetonas. Com o estudo das reações do (RS)-1-feniletanol e a bactéria Arthrobacter atrocyaneus (R1AF57) determinou-se os principais parâmetros reacionais para alcançar uma excelente resolução cinética. Sendo assim, aplicou-se essa metodologia para diferentes alcoóis secundários em dois meios reacionais diferentes: com células em crescimento e com células ressuspensas em tampão fosfato. A atividade catalítica foi mais eficiente com as células em crescimento com conversões próximas de 50% e excesso enantiomérico >99% na maioria dos casos, destacando-se os derivados do (RS)-1-feniletanol para e meta substituídos. Empregou-se a Arthrobacter atrocyaneus em testes de resolução cinética dinâmica (RCD). Como durante as reações de oxidação um co-produto é uma cetona, estudou-se o emprego in situ do NaBH4 como redutor desse composto. Com isso, tem-se um ciclo reacional de oxidação-redução. Sendo assim, por estereoinversão, foi possível alcançar rendimentos maiores que 50% do álcool enantiomericamente puro. Com o (RS)-1-(4-metilfenil)-etanol como substrato, obteve-se o álcool enantiomericamente puro com rendimento de 79% e excesso enantiomérico >99% / In this dissertation two bacterial strains were studied, Arthrobacter atrocyaneus and Sphingobacterium sp, which are alcohol dehydrogenases producers that were able to catalyse racemic secondary alcohols enantioselective oxidation. Initially, some reaction parameters to carry out the kinetic resolution of (RS)-1- phenylethanol were evaluated, such as substrate amount, bacterial biomass (Arthrobacter atrocyaneus and Sphingobacterium sp) and the reaction time for complete oxidation of one enantiomer of the substrate. In the reactions with Sphingobacterium sp (R1AC23) was observed the presence of alcohol dehydrogenase with high catalytic activity and moderate selective. Therefore, in some cases, the total oxidation of the both enantiomers of (RS)-1- phenylethanol para-substitued derivatives to the corresponding ketones were observed. By studying the reactions of (RS)-1-phenylethanol and Arthrobacter atrocyaneus (R1AF57), the reaction parameters to achieve excellent kinetic resolution were determined. Therefore, this methodology was applied to different secondary alcohols under two different reaction media: with growing cells and resting cells in phosphate buffer. The catalytic activity was more efficient with growing cells. The conversions were next to 50% and enantiomeric excess> 99% in most of the cases, especially those reactions with alcohols derived from (RS)- 1-phenylethanol para and meta substituted. Arthrobacter atrocyaneus was employed in dynamic kinetic resolution (DKR). As during the oxidation reactions, a ketone co-product is obtained, the use of NaBH4 was studied to reduce this compound in situ. Thus, an oxidation-reduction reactional cycle was achieved. Then, by estereoinversion it was possible to achieve yields higher than 50% of the pure enantiomerically alcohol. With (RS)-1-(4-methylphenyl)-ethanol as substrate, enantiomeric excess > 99% and yield 79% of pure enantiomerically alcohol was obtained

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.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-11-05T20:12:01Z No. of bitstreams: 1 Fernanda_Tavares_2018.pdf: 3497938 bytes, checksum: 33976a24dbef1bda196a346bd634eade (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-05T20:12:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda_Tavares_2018.pdf: 3497938 bytes, checksum: 33976a24dbef1bda196a346bd634eade (MD5) Previous issue date: 2018-05-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Lipases are a class of enzymes responsible for breaking down the ester bonds of triglycerides; they can derivate from microbial, animal or vegetal origin, the last ones can be found mainly from the germination processes of oilseeds. Castor bean seeds have the advantage of having lipases in its composition even in non-germinated state. In this sense, the present work aims to evaluate the use of castor bean as a source of lipase in the hydrolysis of triglycerides to obtain free fatty acids, employing sonication and orbital agitation system, investigating the use of in natura seeds and seeds after oil extraction process, to enable its commercial use. In addition, the crambe oil is employed, an oil that is rich in monosaturated free fatty acids, easy obtainment and it is has no use in the food chain. Using CCRD experimental designs an optimum point was found for in natura seeds in the condition of temperature of 33 °C, 0.87 buffer/oil (m/m) and 0.31 catalyst/substrate (m/m) reaching a yield of 91% after 4 hours of reaction; for the incubated seeds the optimum condition was in the temperature of 43.8 °C, 1.8 buffer/oil (m/m) and 0.07 catalyst/substrate (m/m) in which approximately 88% yield was achieved after 4 hours of reaction. In order to optimize the reaction conditions, the use of ultrasound in the enzymatic hydrolysis was evaluated, as optimal conditions were approximately 70% of ultrasound power, 1.79 buffer/oil (m/m), 0.25 catalyst/substrate (m/m) for the in natura seeds, achieving approximately 86% of yield after 5 minutes of ultrasonic reaction and 91% after more 30 minutes of reaction with mechanical stirring and for incubated seeds approximately 68% of ultrasound power, 1.67 buffer/oil (m/m), 0.06 catalyst/substrate (m/m), reaching 73% of yield after 5 minutes of ultrasonic reaction and 77% after more 30 minutes of reaction with mechanical stirring. The best yield, therefore, was verified when in natura seeds were employed; these seeds don’t go through any preparation process and have emulsifying components that can help in the triglycerides hydrolysis. Besides that, a mathematical model was proposed and it was satisfactory to predict the experimental data of crambe oil enzymatic hydrolysis when in natura and incubated seeds were employed in mechanical-orbital agitation reactions and with ultrasonic emulsification. In this sense, the contribution of the present work is to give a better understanding for the enzymatic hydrolysis of triglycerides with the utilization of vegetal lipases from castor seeds, and employing an oil that has not been yet well studied and utilized. / Lipases são uma classe de enzimas responsáveis pela quebra de ligações éster de triglicerídeos e podem ser de origem microbiana, animal ou vegetal, sendo que as ultimas podem ser encontradas principalmente a partir do processo de germinação de sementes oleaginosas. As sementes da mamona possuem a vantagem de conterem lipase em sua composição mesmo em fase não germinativa. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o uso da semente de mamona como fonte de lipase na hidrólise de triglicerídeos para obtenção de ácidos graxos livres empregando ultrassom e sistema de agitação orbital, investigando o uso das sementes in natura e sementes após o processo de extração de óleo, para viabilizar seu uso comercial. Além disso, busca-se empregar o óleo de crambe, um óleo rico em ácidos graxos monoinsaturados, de fácil obtenção e que não é usado na cadeia alimentar. Empregando planejamentos experimentais DCCR verificou-se ponto ótimo para sementes in natura na condição de 33°C de temperatura, 0,87 solução tampão/óleo (m/m) e 0,31 catalisador/substrato (m/m) no qual atingiu-se 91% de rendimento após 4 horas de reação; para as sementes incubadas o ponto ótimo foi nas condições de 43,8°C de temperatura, 1,8 solução tampão/óleo (m/m) e 0,07 catalisador/substrato (m/m) no qual atingiu-se aproximadamente 88% de rendimento após 4 horas de reação. Visando otimizar as condições reacionais, foi avaliado o uso de ultrassom na hidrólise enzimática, as condições ótimas foram de aproximadamente 70% de potência do ultrassom, 1,79 tampão/óleo (m/m), 0,25 catalisador/substrato (m/m) para as sementes in natura, atingindo se aproximadamente 86% de rendimento após 5 minutos de reação em ultrassom e 91% após mais 30 minutos de reação com agitação mecânica-orbital e para as sementes incubadas aproximadamente 68% de potência do ultrassom, 1,67 tampão/óleo (m/m), 0,06 catalisador/substrato (m/m), atingindo se aproximadamente 73% de rendimento após 5 minutos de reação em ultrassom e 77% após mais 30 minutos de reação com agitação mecânica. Verificou-se, portanto, um melhor rendimento com a utilização das sementes in natura, que não passam por nenhum processo de preparo, e possuem componentes emulsificantes que auxiliam na hidrólise de triglicerídeos. Além disso, um modelo matemático foi proposto e foi satisfatório para predição dos dados experimentais das hidrólises enzimáticas do óleo de crambe empregando sementes in natura e incubadas em reações com agitação mecânica-orbital e em ultrassom. Dessa forma, o presente trabalho contribui de forma a melhorar o entendimento do mecanismo da reação de hidrólise enzimática de triglicerídeos com utilização de lipases vegetais a partir da semente de mamona, empregando um óleo ainda pouco utilizado e estudado, o crambe.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:59:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Deise Molinari.pdf: 2157738 bytes, checksum: 9e4ace819ec46542bcd06e637a3d604e (MD5) Previous issue date: 2015-03-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Fuels in Brazil have been produced in large scales, creating jobs and promoting economic growth and energy security. Biodiesel is an alternative fuel to petroleum diesel, made from renewable sources such as vegetable oils and animal fats which react with an alcohol in the presence of catalysts. The hidroesterificação is one of the biodiesel production routes and has been much studied, consisting of a hydrolysis step followed by esterification. These reactions when carried out using heterogeneous catalysts, require high temperatures and pressures to occur, which can be circumvented with the use of enzymes as a catalyst, which use milder conditions. The crambe is an oil that has favorable agronomic conditions and a major source of non-edible oil. The use of ultrasound has been shown to be effective in increasing enzyme activity and the formation of microemulsion. This work was comoobjetivo investigate the enzymatic hydrolysis reaction of crambe oil, aiming at the production of free fatty acids, using the Ultra Lecitase lipase (Phospholipase A1), batch reactor with orbital shaking and assisted a batch reactor with cavitaçãoultrassônica gavage. The conversions obtained using the ultrasound probe were lower than those obtained by the batch reactor with orbital shaker. In this study a central rotational design planning compound (CCRD) 2³ full was used to study the effects of varying temperature, fraction of water / oil (W / O) fraction and enzyme / substrate (E / S, where S = weight Total oil and water), the yield of the reaction was followed from acid analysis. The results of the planning for the ultrasound showed that the optimum conditions were met in the study limits. Showing that the use of the ultrasound probe is superior to conventional methods, significantly larger and better formed emulsions. With only 4 hours of reaction the yield of fatty acids was 57.7% at 40 ° C, thus decreasing the reaction kinetics, while the orbital shaker for yield was 65.36%, but 12 hours was required reaction at 50 ° C. Experiments were carried out in optimum condition to obtain the kinetics. A kinetic simplified mathematical model was used to describe reaction kinetics. The use of ultrasound despite providing lower conversion, proved to be a promising technique since it reduces the reaction time. / Os combustíveis no Brasil têm sido produzidos em grandes escalas, gerando empregos e promovendo crescimento econômico e segurança energética. Biodiesel é um combustível alternativo ao diesel de petróleo, feito a partir de fontes renováveis tais como, óleos vegetais e gorduras de origem animal que reagem com um alcool na presença de catalisadores. A hidroesterificação é uma das rotas de produção de biodiesel e que tem sido muito investigada, consistindo em uma etapa de hidrolise seguida de esterificação. Estas reações quando realizadas com catalisadores heterogêneos, necessitam de altas temperaturas e pressões para ocorrer, o que pode ser contornado com o uso de enzimas como catalisador, as quais utilizam condições mais brandas. O crambe é uma oleaginosa que possui condições agronômicas favoráveis e uma considerável fonte de óleo não comestível. O uso de ultrassom tem se mostrado efetivo no aumento da atividade enzimática e na formação de microemulsões. Este trabalho teve comoobjetivo investigar a reação de hidrólise enzimática do óleo de crambe, visando a produção de ácidos graxos livres, empregando a lipase Lecitase Ultra (Fosfolipase A1), em reator batelada com agitação orbital e assistido de um reator batelada com cavitaçãoultrassônica por sonda. As conversões obtidas com o uso do ultrassom de sonda foram inferiores as obtidas pelo reator batelada com agitador orbital. Neste trabalho um planejamento de delineamento central do composto rotacional (DCCR) completo 2³ foi empregado para estudar os efeitos das variáveis temperatura, fração água/óleo (A/O) e fração de enzima/substrato (E/S, onde , S = massa de total de água e óleo), no rendimento da reação que foi acompanhada a partir da análise de acidez. Os resultados do planejamento para o ultrassom mostraram que as condições ótimas foram atingidas nos limites estudados. Mostrando que o uso do ultrassom de sonda é superior aos métodos convencionais, formando emulsões significativamente maiores e melhores. Com apenas 4 horas de reação o rendimento em ácidos graxos foi de 57,7% à 40 ºC, diminuindo assim a cinética reacional, enquanto que para o agitador orbital o rendimento foi de 65,36%, porém, foram necessárias 12 horas de reação à 50 ºC. Foram realizados experimentos na condição ótima para obtenção da cinética. Um modelo matemático cinético simplificado foi utilizado para descrever a cinética reacional. O uso de ultrassom apesar de fornecer menor conversão, se mostrou uma técnica promissora, pois diminui o tempo reacional.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thiago Olinek Reinehr.pdf: 1676955 bytes, checksum: 631870403f8cb9a7b67a1425774d480b (MD5) Previous issue date: 2015-11-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Enzymatic hydrolysis is an important industrial process used to alter oils and fats. Products obtained by this reaction are free fatty acids, monoacylglycerols, diacylglycerols and glycerol, which are used as raw materials for a wide variety of industrial applications. The main limitations of the enzymatic hydrolysis of oils and fats are the immiscibility of the reactants and the inhibition effect caused by increased substrate concentration. The use of ultrasound has emerged as a powerful resource in immiscible substrates processes. The objective of this study was to evaluate different application methods of ultrasonic irradiation on the enzymatic hydrolysis of soybean oil. Kinetics were performed using ultrasound bath, ultrasound probe, and pre-emulsion with and without ultrasound probe ultrasound. The effects of substrate inhibition, surfactant concentration (gum arabic), enzyme load and time preemulsion were also investigated. Mathematical simulations of the process were also performed. The substrate inhibition was evident from the mole fraction of 2.5 % oil in the reaction medium. The surfactant concentration that provided higher rates was 10 mathrmg L-¹. The enzyme loading showed a fraction of saturation at 2.0 % by mass, relative to the mass of water, only for the ultrasound-free reaction, indicating the increase in interfacial area where the substrates were exposed to ultrasound. Even the smallest pre-emulsion times were significant in the initial rate of hydrolysis. Kinetic experiments exposed to ultrasonic irradiation throughout the reaction period showed evidence of significant enzymatic deactivation. The methodology that uses pre-emulsion with probe ultrasound showed better results for the rate of reaction with no evidence of enzyme deactivation. Hydrolysis mathematical simulations were in agreement with the experimental evidence. / A hidrólise enzimática é um importante processo industrial para modificação de óleos e gorduras. Os produtos obtidos através dessa reação são ácidos graxos livres, monoacilgliceróis, diacilgliceróis e glicerol, que são usados como matériasprimas de uma grande variedade de aplicações industriais. As principais limitações da hidrólise enzimática de óleos e gorduras são a imiscibilidade dos reagentes e o efeito de inibição causado pelo aumento da concentração de substrato. O uso de ultrassom tem se apresentado como um recurso poderoso em processos de substratos imiscíveis. Este trabalho teve objetivo de avaliar diferentes metodologias de aplicação de irradiação ultrassônica na hidrólise enzimática do óleo de soja. Foram realizadas cinéticas utilizando ultrassom de banho, ultrassom de sonda, préemulsão com ultrassom de sonda e sem ultrassom. Também foram investigados os efeitos da inibição pelo substrato, concentração de surfactante (goma arábica), da carga enzimática e do tempo de pré-emulsão. Simulações matemáticas do processo também foram realizadas. A inibição pelo substrato foi evidente a partir da fração molar de 2,5% de óleo no meio reacional. A concentração de surfactante que forneceu maiores taxas foi de 10 g L-¹. A carga enzimática apresentou uma fração de saturação em 2,0% de massa em relação a massa de água, apenas para a reação livre de ultrassom, indicando o aumento de área interfacial quando os substratos foram expostos ao ultrassom. Até mesmo os menores tempos de pré-emulsão foram significativos na taxa inicial de hidrólise. Os experimentos cinéticos expostos a irradiação ultrassônica por todo período reacional apresentaram evidências de desativação enzimática expressiva. A metodologia que empregou pré-emulsão com ultrassom de sonda apresentou melhores resultados para a taxa de reação sem indícios de desativação enzimática. As simulações matemáticas da hidrólise foram concordantes com as evidências experimentais.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:23:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_ Adilson Bosetto 2015 PDF.pdf: 2419034 bytes, checksum: 3fdc9e711199e04fe0746f89b07c4bea (MD5) Previous issue date: 2015-03-10 / The application of enzymes in industrial processes, in its broad sense, has shown the market evolution for innovative alternatives for preserving the environment. Brazil has a great potential to develop some technologies, which allow the use of such materials as substratum for products with higher added value, due to the large amount of lignocellulose as waste that comes from agriculture. Therefore, the analysis of genes expression related to microbial degradation of plant cell wall has caught the researchers attention, mainly because it is associated to the possibility of controlled large-scale synthesis of enzymes applied in biofuel production. In this context, the Gram-negative bacterium C. crescentus is found as a promising microorganism for biotechnological exploitation due to its ability on degrading xylan, the major component of plant hemicellulose. There are several genes in the bacterial genome that codify to Xylanases and β-Xylosidases. In order to purify and biochemically characterize the β-Xylosidase III protein of C. crescentus, xynB3 gene (CCNA_00856) that contains 1,623 nucleotides and encodes a protein with conserved domains of β-Xylosidase with 540 amino acid residues has been studied. Therefore, xynB3 gene was isolated from genomic DNA of C. crescentus NA1000 by Polymerase Chain Reaction (PCR) using specific primers. The single amplification product was cloned into pJet1.2Blunt vector in non-cohesive sites and reintroduced in vector of pTrcHisA expression within the reading frame to produce a histidine tag at the amino-terminus area of fusion protein. The obtained construction was denominated pTrcHis-xynB3 and the confirmation of its gene identification was figured out by the DNA sequence after insertion into the TOP10 E. coli strain and subsequent experimental tests of expression in different temperature of growth, IPTG concentrations and induction times. The recombinant protein was overexpressed into inclusion bodies, thus, in a non-soluble form. Different induction and purification protocols were used to obtain the β-xylosidase III pure of C. crescentus, in native or non-native form. However, assays of enzymatic activity with different substrates neither demonstrated β-xylosidase activity nor detectable levels of the protein. These results suggest that the enzyme was not active during the assays, due its expression in inclusion bodies. This suggests that this protein may have a toxic effect on E. coli when expressed at high levels. Thus, this trial contributes to additional data about the xylanolytic complex concerning the aquatic bacterium C. crescentus. / A utilização de enzimas em processos industriais, no seu sentido mais amplo, demonstra a evolução do mercado em relação a alternativas inovadoras de preservação do meio ambiente. Devido à grande quantidade de material lignocelulósico residuário, proveniente da agricultura, o Brasil é um país com elevado potencial para o desenvolvimento de tecnologias que possibilitem a utilização desses materiais como substrato para produtos de maior valor agregado. Dessa forma, o estudo da expressão de genes microbianos relacionados com a degradação da parede celular vegetal tem despertado a atenção de pesquisadores, principalmente pelo fato de estar relacionado com a possibilidade de síntese controlada e em larga escala de enzimas utilizadas na produção de biocombustíveis. Neste contexto, a bactéria gram-negativa Caulobacter crescentus encontra-se como um microrganismo promissor para a exploração biotecnológica em função da capacidade que tem de degradar o xilano, principal componente hemicelulósico das plantas. Essa bactéria contém em seu genoma vários genes que codificam para xilanases e β-xilosidases. Dentre eles o gene xynB3 (CCNA_00856), que apresenta 1623 nucleotídeos e codifica uma proteína contendo domínios conservados de β-xilosidase, com 540 resíduos de aminoácidos, denominada neste trabalho como β-xilosidase III de C. crescentus. Com o objetivo de possibilitar em estudos futuros a caracterização bioquímica dessa proteína, foi estudado o gene xynB3. Para isso, xynB3 foi isolado a partir do DNA genômico de C. crescentus NA1000 por Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) usando oligonucleotídeos específicos. O único produto de amplificação foi clonado no vetor pJet1.2blunt em sítios não coesivos e reintroduzido no vetor de expressão pTrcHisA dentro do quadro de leitura para a produção de uma cauda de histidinas na região amino-terminal da proteína de fusão. A construção obtida foi denominada pTricHis-xynB3 e após confirmação da identidade da mesma por sequenciamento de DNA foi inserida na cepa TOP10 de Escherichia coli e submetida a ensaios experimentais de expressão com diferentes temperaturas de crescimento, concentrações de IPTG e tempos de indução. A proteína recombinante foi super-expressa em corpos de inclusão, portanto, em uma forma não solúvel. Diferentes protocolos de indução e purificação foram empregados para obtenção da β-xilosidase III de C. crescentus pura, em forma nativa ou não nativa. Entretanto, nos ensaios de atividade enzimática, com diferentes substratos, foram obtidos níveis de atividade de β-xilosidase não detectáveis pelas ferramentas utilizadas. Esses resultados sugerem que a enzima não se mostrou ativa durante os ensaios, em função da formação de corpos de inclusão. Isso leva a crer que essa proteína pode apresentar efeito tóxico para E. coli quando expressa em níveis elevados. Assim, este trabalho contribui com dados adicionais a cerca do complexo xilanolítico da bactéria aquática C. crescentus.