CAPES / As modificações químicas do amido nativo causam alterações estruturais na molécula do polímero afetando suas propriedades físico-químicas o que os torna aptos para vários usos industriais. O ácido tartárico é um ácido orgânico dicarboxílico que pode modificar quimicamente a estrutura do amido e tem uso permitido em alimentos. Neste estudo, o amido de mandioca foi modificado com ácido tartárico e o efeito da concentração do ácido (4,5 - 8,0 g.100g-1) e do pH da reação (5,0 - 8,0) sobre as propriedades do amido foram avaliados utilizando um planejamento experimental 22 centrado na face. As propriedades físicoquímicas, funcionais e propriedades da pasta foram determinadas. Também foram avaliados os espectros no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e a morfologia dos grânulos por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A modificação reduziu a viscosidade intrínseca e o teor de amilose à medida que se aumentou a concentração do ácido e diminuiu o pH. Em pH 5,0, observou-se maior percentual de tartarato mono éster e maior inchamento e solubilidade dos amidos. Em pH 6,5 e 8,0 a modificação causou a redução do inchamento e solubilidade, o aumento da resistência ao congelamento-escongelamento e houve melhoria nas propriedades de pasta (maior resistência térmica e mecânica). O FTIR confirmou qualitativamente a esterificação do amido pelo aparecimento de bandas associadas a grupos ésteres nos ensaios realizados em pH 5,0. A modificação não causou alterações evidentes na morfologia externa dos grânulos de amido como observado por MEV. Conclui-se que o efeito da concentração do ácido sobre as propriedades do amido foi menor que o efeito do pH onde menores alores de pH favorecem a reação de esterificação do amido e valores de pH mais elevados favoreceram o intercruzamento. / The chemical modification of native starch cause structural changes in the polymer molecule affecting their physic-chemical properties which make them suitable for various industrial uses. Tartaric acid is an organic dicarboxylic acid which can chemically modify the starch structure and its use is allowed in foods. In this study, the tapioca starch was modified with tartaric acid and the effect of acid concentration (4.5 to 8.0 g.100g-1) and the reaction pH (5.0 to 8.0) on the properties starch were evaluated using a 22 face-centered central composite design. The physico-chemical properties, functional, and pasting properties were determined. The infrared spectra Fourier transform (FT-IR) and the morphology of granules by scanning electron microscopy (SEM) was also evaluated. The modification reduced the intrinsic viscosity and the amylose contents with the increase of the acid concentration and decrease of pH. At pH 5.0, there was a higher percentage of mono tartarate ester and higher swelling and solubility of starches were observed. At pH 6.5 and 8.0, the modification caused a reduction in the swelling and solubility, increased resistance to freeze-thaw and improvement in the pasting properties (increased thermal and mechanical resistance). FT-IR confirmed qualitatively the esterification of starch by the appearance of bands attached to ester groups in the tests performed at pH 5.0. The modification did not cause obvious changes in the external morphology of the starch granules as observed by MEV. It was possible to conclude that the effect of acid concentration on the properties of the starch was less than the effect of pH where lower pH values favor the esterification of starch and higher pH values favor the crosslinked.

Orientador: Daniela Alonso Bocchini Martins / Co-orientador: Roberto da Silva / Banca: Cíntia Duarte de Freitas Milagre / Banca: Rosemeire Cristina Linhari Rodrigues Pietro / Banca: Hamilton Cabral / Banca: Maria de Lourdes Teixeira de Moraes Polizeli / Resumo: Este trabalho visou produzir e estudar a lipase do fungo Fusarium verticillioides . A enzima obtida foi avaliada quanto à capacidade de hidrolise, esterificaçã o e transesterificação para a produção de ácidos graxos e ésteres. A cepa fúngica foi cultivada em diferentes meios de cultura, variando as fontes de nitrogênio e de carbono, avaliando - se as atividades . Verificou - se que o tipo de atividade e e specificidade da lipase dependem dos nutrientes utilizados nos meios de cultivo do fungo por fermentação em estado sólido. A lipase foi caracterizada físico - quimicamente e apresentou temperatura ótima em 35°C e melhor estabilidade durante 5 horas em 30°C, entretanto a 35°C também foi observada uma boa estabilidade. O pH ótimo foi em 8, e melhor estabilidade em pH ácido ( 5 e 6). Esta última característica foi muito importante, já que a reação de transesterificação geralmente ocorre em pH 5. A enzima também se mostrou est ável na presença de n - he xano e etanol e apresentou uma ativação durante 24 horas diante destes solventes orgânicos. Também foi observad a a presença de mais de uma lipase na membrana celular da cepa, o que levou a avaliar sua ação na forma de células imobil izadas diretamente em farelo de trigo e na forma livre. A lipase imobilizada na biomassa fúngica também foi caracterizada, apresentando melhor atuação em pH 8, como ocorreu com a lipase extracelular, porém em 30°C. Por meio de planejamentos fatoriais foi p ossível observar que a lipase apresenta melhor atividade quando se utilizada ácidos graxos e álcoois de cadeias carbônicas maiores, além de atuar melhor em reações de transesterificação, utilizando - se óleo pré - usado. A célula imobilizada em farelo de trigo foi empregada em hidrólises, sendo obtido 34,9 % de ómega 3 a partir do óleo de canola e 70,9 % de ômega 6 a partir do óleo de linhaça em 12 horas de reação... / Abstract: This work aimed to produce and study the lipase from the Fusarium verticillioides fungus. The enzyme obtained was evaluated according to its capacity of hydrolysis, esterification and transesterification to the production of fatty acids and esters. The fungal strain was cultivated in different culture media, varying sources of nitrogen and carbon, evaluating the activities. It was found that the type of activity and the specificity of the lipase depend on th e nutrients used in the fungus culture media by fermentation in solid state. The lipase was physically and chemically characterized and presented optimum temperature at 35°C and better stability during 5 hours at 30°C; however, at 35°C it was also observed good stability. The optimum pH was 8 and the stability was better at acid pHs (5 and 6). This last feature was very important, since the transesterification reaction usually happens at pH 5. The enzyme was also stable in the presence of n - hexane and ethan ol and presented hyper - activation during 24 hours before these organic solvents. It was also observed the presence of more than one lipase on the cell membrane of the strain, which led to the evaluation of its action in the form of immobilized cells direct ly in wheat bran and in free form. The lipase immobilized in the fungal biomass was also described presenting better performance at pH 8, as it happened with the extracellular lipase, but at 30°C. Through factorial design, it was possible to observe that t he lipase has better activity when fatty acids and alcohols from higher carbon chains are used, besides performing better in transesterification reactions using oils pre - used. The immobilized cell in wheat bran was used in hydrolysis, being 34.9 % of omega 3 obtained from canola oil and 70.9 % of omega 6 from linseed oil in 12 hours of reaction. The extracellular enzyme crude extract was submitted to immobilization in inert car... / Doutor

A crescente demanda por lubrificantes obtidos a partir de fontes renováveis vem incentivando a pesquisa por alternativas sustentáveis. O objetivo principal deste trabalho foi investigar a síntese de sebacato de dioctila a partir da reação de esterificação entre o ácido sebácico e o 1-octanol empregando biocatalisadores e catalisador químico convencional (ácido sulfúrico). Alguns parâmetros reacionais foram estudados: tipo de lipase comercial imobilizada (Novozym 435, Lipozyme RM IM e Lipozyme TL IM), temperatura, razão molar ácido/álcool, concentração de lipase, métodos de remoção da água do meio reacional. A reutilização da lipase Novozym 435 também foi avaliada. A conversão da reação foi determinada por cromatografia em fase gasosa. A lipase Novozym 435 apresentou os melhores resultados: 100% de conversão de ácido sebácico quando foi empregada razão molar ácido:álcool de 1:5 e 5% m/m de lipase, após 150 minutos de reação a 100C. O emprego de peneira molecular e vácuo não aumentou a conversão do ácido sebácico. O produto final foi caracterizado com relação à viscosidade, ao índice de viscosidade, ao ponto de fulgor, ao ponto de fluidez e ao índice de neutralização, e apresentou comportamento semelhante a um óleo naftênico / The growing demand for lubricants derived from renewable sources has been encouraging the search for sustainable alternatives. The main objective of this study was to investigate the synthesis of dioctyl sebacate from esterification reaction between sebacic acid and 1-octanol, using biocatalysts and conventional chemical catalyst (sulfuric acid). Some reactions parameters were studied: type of commercial immobilized lipase (Novozym 435, Lipozyme RM IM and Lipozyme TL IM), temperature, molar ratio, lipase concentration, and methods of water removal from the reaction medium. The reuse of lipase Novozym 435 was also evaluated. The conversion of the reaction was determined by gas chromatography. Lipase Novozym 435 showed the best results, achieving 100% conversion of sebacic acid when employing a sebacic acid: 1-octanol molar ratio of 1:5 and 5 wt.% lipase after 150 minutes at 100C. The use of molecular sieve and vacuum did not enhance the acid sebacic conversion. The final product was characterized by viscosity, viscosity index, flash point, pour point and neutralization index; and it showed a pattern similar to a naphthenic oil

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:52:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5049_1.pdf: 474256 bytes, checksum: 37317599cafeb878be1bf92f59e6079d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Lipase comercial de Mucor miehei foi imobilizada em diferentes suportes, nylon, nylon-álcool polivinílico (nylon-PVA) e partículas de polisiloxano-álcool polivinílico magnetizadas (POS-PVA) e testados em relação à atividade hidrolítica. O sistema imobilizado que apresentou maior estabilidade operacional, no caso, lipase-POS-PVA foi caracterizado em relação aos parâmetros Km e Vmax aparentes, temperatura ótima e pH ótimo, usando ρ- nitrofenil palmitato como substrato. A lipase imobilizada em POS-PVA apresentou um Km aparente de 228,3μM e Vmax aparente de 36,06μmol.min-1 por miligrama de proteína, a 30oC e pH 8,0. A temperatura ótima e o pH ótimo foram respectivamente 45oC e pH = 8,0. Houve uma retenção de 69,1% de atividade após a imobilização, que permitiu o uso da enzima por um total de sete ensaios. Lipase-POS-PVA também foi empregada na síntese de ésteres. Os efeitos da razão molar ácido/álcool, da concentração de enzima imobilizada, do tamanho da cadeia carbônica dos reagentes e da estrutura do álcool sobre a formação de produto foram determinados. A síntese de butirato de butila foi maximizada para substratos contendo ácido orgânico em excesso e uma concentração de biocatalisador de 25mg/mL. A seletividade do biocatalisador em relação ao tamanho da cadeia carbônica foi diferente considerando ácidos orgânicos e álcoois. A maior concentração de produto foi obtida com ácidos orgânicos com oito e dez carbonos, enquanto que o aumento no tamanho da cadeia carbônica do álcool, de quatro para oito carbonos, provocou uma redução na síntese. O maior rendimento foi determinado para a síntese de caprilato de butila (12 carbonos). A síntese também foi influenciada pela estrutura do álcool, com a atividade máxima ocorrendo para álcool primário

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3002.pdf: 1934381 bytes, checksum: 6c7d4817b3f5e27adccf94c43b429794 (MD5) Previous issue date: 2010-02-23 / Universidade Federal de Sao Carlos / The interest in biofuels has increased substantially in recent years due, mainly, to reduced damage to the environment compared to conventional fuels derived from petroleum. Accordingly, biodiesel has been studied by researchers around the world. The main routes of production of biodiesel are the reactions of esterification of fatty acids and transesterification of triacylglycerides. The reagents most commonly used are the short-chain alcohols such as methanol, ethanol, propanol and butanol. In Brazil, the study of those reactions by ethanol has been emphasized, since the country is the second largest producer of ethanol. Therefore, researches related to biodiesel production are important. This study has developed a method of group contribution to estimate enthalpies of formation and absolute entropies, both at standard state and liquid phase. This method has aimed to estimate those two thermodynamic properties for chemical species involved in the reactions of biodiesel formation. With those estimates and the use of the UNIFAC method, it was possible to predict the chemical equilibrium of esterification reactions. The estimate of the properties by the method of contribution group was tested for 59 chemical species, in the case of enthalpy of formation and to 15 for the absolute entropy. The results were compared with literature data and the relative deviations found for the enthalpy and entropy showed values of - 0.3 % and 0.4 % respectively. The method was accurate to estimate triacylglycerides, such as triolein and glyceryl triacetate. Thus, the molar fractions in the equilibrium of esterification reactions were estimated and compared with experimental data, with arithmetic mean of the relative deviations of -2.32 %. With those results, the simulations of reactions of esterification of saturated and unsaturated fatty acids were possible. Moreover, during the development of the method of group contribution, equations were derived and used to correct the shortcomings of the literature concerning with absolute entropies of gases and liquids. / Os interesses na produção de biocombustíveis aumentaram muito nos últimos anos devido, principalmente, aos menores danos causados ao meio ambiente em comparação aos combustíveis convencionais derivados de petróleo. Nesse sentido, o biodiesel tem sido estudado por pesquisadores em todo o mundo. As principais rotas de produção deste biocombustível são as reações de esterificação de ácidos graxos e transesterificação de triacilglicerídeos. Os reagentes mais comumente utilizados são os alcoóis de cadeia curta, tais como metanol, etanol, propanol e butanol. No Brasil, o estudo dessas reações por via etanólica tem sido enfatizado, uma vez que o país é o segundo maior produtor mundial de álcool etílico. Portanto, pesquisas relacionadas à produção de biodiesel são importantes. Neste trabalho, desenvolveu-se um método de contribuições de grupos para estimar entalpias de formação e entropias absolutas, ambas no estado padrão e em fase líquida. Tal método teve como objetivo a estimativa destas duas propriedades termodinâmicas para as espécies químicas envolvidas nas reações de formação do biodiesel. Com estas estimativas e a utilização do método UNIFACoriginal, foi possível prever o equilíbrio químico de reações de esterificação. A estimativa das propriedades pelo método de contribuições de grupos foi testada para 59 compostos químicos, no caso da entalpia de formação e para 15 no caso da entropia absoluta. Os resultados foram comparados com dados da literatura, sendo que as médias dos desvios relativos encontrados para a entalpia e entropia apresentaram valores de - 0,3 % e 0,4 %, respectivamente. O método se mostrou preciso para estimativa de triacilglicerídeos, como a trioleína e triacetato de glicerila. Com isso, as frações molares no equilíbrio de reações de esterificação foram estimadas e comparadas com dados experimentais. Sendo que, a média aritmética dos desvios relativos foi de -2,32 %. Com tais resultados, foram possíveis as simulações de reações de esterificação de ácidos graxos saturados e insaturados. Além disso, durante o desenvolvimento do método de contribuições de grupos, equações foram deduzidas e utilizadas para suprir as lacunas da literatura em relação às entropias absolutas da fase líquida e gasosa.

O presente trabalho teve como objetivo o aproveitamento da matéria-prima residual óleo fúsel como fonte de baixo custo de álcool isoamílico para a síntese de ésteres com diferentes propriedades pela rota enzimática. Utilizou-se como proposta a esterificação do óleo fúsel com ácidos carboxílicos de diferentes tamanhos de cadeia carbônica mediada pela enzima lipase em processos descontínuo ou contínuo, visando obter produtos com propriedades aromáticas, emulsificantes e lubrificantes. A lipase selecionada de Rhizopus oryzae foi posteriormente imobilizada em diferentes suportes sílica-β-ciclodextrina (SiO2- βCD), sílica-hidroxietilcelulose (SiO2-HEC) ou co-polímero de estireno de divinilbenzeno (STY-DVB) e utilizada como biocatalisador para mediar as reações de esterificação do óleo fusel com os ácidos caprílico, láurico e oleico. Entre os suportes testados, apenas a sílica-hidroxietilcelulose (SiO2-HEC) apresentou resultados insatisfatórios em função da elevada afinidade desta matriz em adsorver a água formada como subproduto na reação de esterificação. Para cada par de óleo fúsel e ácido carboxílico, as condições adequadas para obtenção dos produtos alvos foram estabelecidas e os produtos resultantes analisados de acordo com a finalidade proposta. No caso do caprilato de isoamila, as condições reacionais foram determinadas por planejamento experimental, indicando que a formação do éster foi influenciada somente pela variável razão molar ao nível de 95% de confiança. O modelo matemático proposto permitiu prever as condições que favorecem o alcance de elevados rendimentos de formação do éster, sendo a reação maximizada (82% em 24 h) para meios reacionais constituídos de óleo fúsel e ácido caprílico na razão molar de 1:1,5 e temperatura de 45 ºC. O perfil sensorial do éster foi confirmado com auxílio do nariz eletrônico. Com relação ao laurato de isoamila foi possível estabelecer o processo em regime continuo utilizando a lipase de Rhizopus oryzae imobilizada em STY-DVB operando o sistema com concentrações elevadas do substrato que forneceu produtividades elevadas (1598,68 ± 135,79 μmol g-1 min-1) do éster com excelente capacidade de dispersão de pigmentos que pode ser utilizado na formulação de cosméticos com rotulagem de produto natural. Finalmente, com relação ao éster oleato de isoamila, foi constatado limitado desempenho da lipase Rhizopus oryzae imobilizada em STY-DVB devido baixa atividade sintética deste biocatalisador para ácidos carboxílicos insaturados. Mesmo assim, foi possível obter produtividades volumétricas da ordem de 286, 20 ± 18,46 μmol g-1 min-1, utilizando uma configuração de reator de leito empacotado em dois estágios acoplado a uma coluna extratora de água. As propriedades do produto formado atenderam as especificações recomendas para uso como biolubrificante. Desta forma, o presente projeto de tese demonstrou a potencialidade da aplicação do óleo fusel como fonte de baixo custo do álcool isoamílico na obtenção ésteres com propriedades adequadas para uso como aroma, emulsificante e lubrificante. O aproveitamento deste resíduo não somente retira um composto indesejado do meio ambiente, mas também permite a geração de diferentes produtos de interesse industrial, constituindo-se, assim, em um forte apelo ambiental. / The aim of the present work was to investigate the feasibility of using fusel oil as a source of low cost feedstock based on isoamyl alcohol for the synthesis of esters with different properties by enzymatic route. For this, it was proposed to perform the esterification reaction of fusel oil with carboxylic acids with different sizes of carbonic chain mediated by the enzyme lipase under batch or continuous runs, in order to obtain products with aromatic, emulsifying and lubricant properties. Rhizopus oryzae lipase immobilized on different supports silica-β-cyclodextrin (SiO2-βCD), silica-hydroxyethylcellulose (SiO2- HEC) or co-polymer of styrene divinylbenzene (STY-DVB) were chosen as biocatalysts to mediate the esterification reactions of fusel oil with caprylic, lauric and oleic acids. Among the supports tested, only the silica hydroxyethylcellulose (SiO2-HEC) provided unsatisfactory results due to its high affinity to adsorb the water generated as byproduct. For each pair of fusel oil and carboxylic acid, appropriate conditions for obtaining the target product were established, and the resulting product further analyzed according to its proposed use. In the case of isoamyl caprylate, reaction conditions were determined by factorial design, indicating that the ester formation was influenced only by the molar ratio at 95% of confidence level. The proposed mathematical model allowed predicting the conditions that favor the achievement of high yields of ester formation, being maximized (82% in 24 h) with substrate consisting of fusel oil and caprylic acid at molar ratio of 1:1.5 and temperature of 45°C. The sensory profile of the ester was confirmed with help of the electronic nose. With respect to isoamyl laurate it was possible to establish a stable process under continuous flow using Rhizopus oryzae lipase immobilized on STY-DVB feeding the reactor with high substrate concentrations, providing high ester productivity (1598.68 ± 135.79 g-1 μmol min-1) with excellent dispensability of pigments that can be used in cosmetic formulation label as natural product. Finally, with regards to the isoamyl oleate, the performance of Rhizopus oryzae lipase immobilized on STY-DVB was limited due to its low activity towards unsaturated carboxylic acids. Still, it was possible to obtain volumetric productivity of about 286. 20 ± 18.46 μmol g-1 min-1 using two-stage packed bed reactor coupled with a water column extraction. The properties of the formed product meet the specifications recommend for use as biolubricant. In this way, this work demonstrated the feasibility of applying the fusel oil as a source of low-cost isoamyl alcohol to obtain esters with appropriate properties for use as flavor, emulsifier or lubricant. The use of this waste material not only removes unwanted compounds from the environment, but also allows the generation of different products of industrial interest, thus having a strong environmental appeal.

As lipases têm um papel importante no desenvolvimento da biotecnologia e são empregadas na química orgânica como biocatalisadores com alta regio- quimio- e enantiosseletividade. Além de permitir sínteses mais sustentáveis e que estão em concordância com os princípios da Química Verde. A resolução enzimática de aminas racêmicas tem se mostrado uma maneira eficiente de obter aminas enantiomericamente puras, que podem ser empregadas na síntese assimétrica de fármacos e agroquímicos. Neste trabalho a resolução enzimática de 4 aminas primárias sendo elas 2-amino-heptano 1, 2-metil-cicloexil amina 3, 1-metil-3-fenilpropilamina 2, 1,2,3,4-tetra-hidro-1-naftilamina 4, foram estudadas obtendo-se resultados relevantes. Para a 2-amino-heptano 1 resultados semelhantes aos da literatura foram obtidos com uma redução de 2,4 vezes no tempo reacional quando a resolução cinética foi em hexano na presença de CAL-B e acetato de etila como acilante obteve-se uma conversão na (R)-N-(1-metil-hexil)acetamida 4 de 42% e um excesso enantiomérico de 88% (tempo = 7h). Observaram-se também os efeitos da concentração de lipase no meio reacional, da temperatura e de diferentes solventes frente a 11 lipases. Os primeiros estudos de resolução cinética enzimática com a 2-metilcicloexil-amina 3 são apresentados neste trabalho com conversões de até 98% porém sem excesso enantiomérico. Uma outra característica das lipases é a capacidade de catalisar reações diferentes da sua função natural (promiscuidade), o que permite que elas catalisem reações de adição de Michael, além de suas reações normais que são a hidrólise e esterificação. A adição de Michael catalisada por lipases entre as 4 aminas primárias já citadas e acrilonitrila foi estudada com e sem a influência da irradiação micro-ondas, demonstrando a maior estabilidade de lipases imobilizadas sob irradiação micro-ondas. Os adutos de Michael obtidos (3-[(1-metil-hexil)amino]propanonitrila 9, 3-[(1-metil-3-fenilpropil) amino]propanonitrila 10, 3-[(2-metil cicloexil)amino]propanonitrila 11 e 3-(1,2,3,4-tetra-hidronaftaleno-1-amino)propanonitrila 12) foram sintetizados pela primeira vez com a metodologia onde foi utilizada a água, acrilonitrila e irradiação micro-ondas e os adutos 9, 10 e 11 não são descritos na literatura. Outro viés do trabalho foi a clonagem e expressão da álcool desidrogenase de Bacillus subtilis que foi clonada, expressa e purificada com sucesso. O interesse em tal enzima deve-se a resultados obtidos na literatura onde a utilização de células íntegras de B. subtilis apresentou a redução de cetonas a álcoois com alta enantiosseletividade. / Lipases present an important role in the development of biotechnology and are employed as biocatalysts in organic chemistry with high regio-, quimioand enantioselectivity. Besides allowing more sustainable syntheses that are consistent with the principles of Green Chemistry. The enzymatic resolution of amines has been shown to be an efficient way to obtain enantiomerically pure amines, which can be used in asymmetric synthesis of pharmaceuticals and agrochemicals. In this work the enzymatic resolution of 4 primary amines them being 2-amino-heptane textbf 1, 2-methyl-cyclohexyl amine 3, 1-methyl-3-phenylpropylamine 2 1.2 ,3,4-tetrahydro-1-naphthylamine 4 were studied by obtaining relevant results. For the 2-amino-heptane 1 promoted results similar to the literature and were obtained with a 2.4 times reduction of the reactional time when the kinetic resolution was in hexane in the presence of CAL-B and ethyl acetate as acylating obtained a conversion in (R)-N-(1-methyl-cyclohexyl) acetamide 4 by 42 % and an enantiomeric excess of 88 % (time = 7h). We studied the effects of the concentration of lipase in the reaction, temperature and solvent using 11 different lipases. The first studies of enzymatic kinetic resolution with 2-methyl-cyclohexyl- amine 3 are presented in this work with conversions up to 98% but without enantiomeric excess. The ability of lipases to catalyze reactions with different natural function (promiscuity) is an important property, which allows them to catalyze Michael addition reactions beyond their normal reactions, the hydrolysis and esterification. The Michael addition catalyzed by lipases between the four aforementioned primary amines and acrylonitrile was studied with and without the influence of microwave irradiation, demonstrating the greater stability of immobilized lipases under microwave irradiation. The Michael adducts obtained (3 - [(1-methylhexyl) amino] propanonitrile 9, 3 - [(1-methyl-3-phenylpropyl) amino] propanonitrile 10, 3 - [(2 - methyl cyclohexyl) amino] propanonitrile 11 and 3 - (1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-1-amino) propanonitrile 12) were first synthesized with the method where water is used, acrylonitrile and microwave radiation, the adducts 9,10 and 11 are not described in the literature. Another investigation of this study was the cloning and expression of alcohol desidrogrenase of Bacillus subtilis which has been cloned, expressed and purified successfully. Interest in the enzyme due to results in the literature where the use of whole cells of B. subtilis showed the reduction of ketones with high enantioselectivity.

Não consta resumo na publicação. / Abstract not available.

O presente projeto teve como objetivo selecionar a melhor rota enzimática para produção de monoglicerídeos empregando lipase imobilizada em matriz obtida pela técnica sol-gel, visando total aproveitamento do glicerol gerado como sub-produto na obtenção de biodiesel. Para alcançar o objetivo proposto foram analisadas duas metodologias: (1) esterificação do glicerol com ácidos graxos e (2) glicerólise do óleo de babaçu; testando lipases de diferentes fontes como Candida antarctica B, Thermomyces lanuginosus, Candida rugosa, Pseudomonas fluorescens, Burkholderia cepacia, Peniccillium camembertii e pâncreas de porco, imobilizadas em polissiloxano álcool polivinílico (POSPVA). As preparações de lipase imobilizada disponíveis comercialmente como Lipozyme IM20, Novozym 435, Lipozyme RM IM e Lipozyme TL IM foram também utilizadas. As atividades experimentais foram, inicialmente, direcionadas para o estabelecimento das condições adequadas da esterificação, investigando a influência de diversos parâmetros, tais como: proporção molar dos reagentes, tamanho da cadeia carbônica e grau de insaturação dos ácidos graxos e fonte de lipase. Verificou-se que meios reacionais contendo excesso de glicerol favoreceram a síntese de ésteres glicéricos, entretanto, tanto a velocidade reacional como a conversão molar foram dependentes do tamanho da cadeia carbônica e grau de insaturação dos ácidos graxos testados. Os experimentos realizados permitiram também selecionar a lipase Candida antarctica B como fonte de lipase mais adequada, sendo alcançada uma elevada concentração de monolaurina em 12 h de reação (24,15%). Para obtenção de monoglicerídeo pela rota de glicerólise do óleo de babaçu, o melhor desempenho foi alcançado pela lipase Burkholderia cepacia, revelando uma formação de 10% (m/m) de monoglicerídeos em apenas 3h de reação. A análise comparativa do desempenho das duas rotas indicou que a esterificação foi mais eficiente que a glicerólise, sendo então selecionada para estudos de otimização. Um planejamento experimental completo 22 foi proposto para verificar a influência simultânea das variáveis x1 (temperatura entre 45-65ºC) e x2 (razão molar glicerol/ ácido láurico na faixa 3:1 a 5:1) na formação de monolaurina, empregando a lipase Candida antarctica B imobilizada em POS-PVA. De acordo com a análise estatística, a formação de monolaurina foi fortemente influenciada pela variável (x2) razão molar entre glicerol e ácido láurico, enquanto que a influência da temperatura (x1) foi pouco significativa. O modelo matemático proposto: y = 24,16 + 2,51 x1 + 4,43x2 - 2,74 x1x2, permitiu prever as condições que favorecem o alcance de elevados rendimentos de formação de monolaurina, sendo a reação maximizada (31,35%) para meios reacionais constituídos de glicerol e ácido láurico numa razão molar de 5:1 e temperatura de incubação de 45ºC. Essas condições foram também adequadas para síntese de monolaurina empregando outras fontes de lipase, como a lipase de Penicillium camembertii cujo desempenho foi altamente eficiente para obtenção de monoglicerídeos, alcançando valores mais competitivos de formação de monolaurina (51%), podendo, portanto, ser uma alternativa interessante para ser considerada no desenvolvimento de futuros trabalhos. / The objective of this project was to select the best enzymatic route to produce monoglycerides using lipase immobilized on matrix obtained by sol-gel technique, aiming to contribute for a better utilization of the glycerol generated as by-product in the biodiesel synthesis. For this purpose two methodologies were analyzed: (1) direct esterification of the glycerol with fatty acids and (2) glycerolysis of the babassu oil, testing lipases from different sources as Candida antarctica B, Thermomyces lanuginosus, Candida rugosa, Pseudomonas fluorescens, Burkholderia cepacia, Penicillium camemberti and porcine pancreas immobilized on polysiloxane-polyvinyl alcohol particles (POS-PVA). The commercial immobilized lipase preparations as Lipozyme IM20, Novozym 435, Lipozyme RM IM and Lipozyme TL IM were also used. The experimental activities were, initially, addressed to establish appropriate conditions for the monoglycerides synthesis by direct esterification such as: reactants molar ratio, carbon chain size and insaturation degree of the fatty acids and lipase source. Reaction performance was found to be dependent on the glycerol/lauric acid molar ratio, requesting higher amount of glycerol to reach high reaction conversion. It was also verified that the molar conversion were strongly dependent on both carbon chain size and insaturation degree of the tested fatty acids. Experiments also allowed to select Candida antarctica B as catalyst to carry esterification reactions and the highest monolaurin formation occurred at 12 h reaction (24.15%). For the synthesis of monoglycerides by the glycerolysis route using babassu oil as a starting material, the best performance was attained by the lipase Burkholderia cepacia, revealing a formation of 10% (m/m) of monoglyceryde in 3h reaction. The comparative performance of the two routes for the monoglycerides synthesis demonstrated that the direct esterification was more efficient than the glycerolysis, being selected for additional optimization studies. A full factorial design 22 was proposed to verify the simultaneous influence of the variables: x1 (temperature in the range from 45 to 65ºC) and x2 (glycerol/ lauric acid molar ratio in the range from 3:1 to 5:1) in the monolaurin formation, using as catalyst lipase Candida antarctica B immobilized on POS-PVA. In agreement with the statistical analysis, the monolaurin formation was strongly influenced by the variable (x2) glycerol/ lauric acid molar ratio. The proposed mathematical model: y = 24.16 + 2.51 x1 + 4.43x2 - 2.74 x1x2 allowed to predict conditions that favored to attain high monolaurin yield. The reaction was maximized (31.35%) for substrate containing glycerol/lauric acid molar ratio of 5:1 and at incubation temperature of 45ºC. Those conditions were also appropriated for the monolaurin synthesis using other lipase sources, as the lipase of Penicillium camembertii that performance was found to be highly efficient for monoglycerides reaching more competitive values for monolaurin formation (51%) and can be turn out, therefore, an interesting alternative to be considered in futures works.

As lipases têm um papel importante no desenvolvimento da biotecnologia e são empregadas na química orgânica como biocatalisadores com alta regio- quimio- e enantiosseletividade. Além de permitir sínteses mais sustentáveis e que estão em concordância com os princípios da Química Verde. A resolução enzimática de aminas racêmicas tem se mostrado uma maneira eficiente de obter aminas enantiomericamente puras, que podem ser empregadas na síntese assimétrica de fármacos e agroquímicos. Neste trabalho a resolução enzimática de 4 aminas primárias sendo elas 2-amino-heptano 1, 2-metil-cicloexil amina 3, 1-metil-3-fenilpropilamina 2, 1,2,3,4-tetra-hidro-1-naftilamina 4, foram estudadas obtendo-se resultados relevantes. Para a 2-amino-heptano 1 resultados semelhantes aos da literatura foram obtidos com uma redução de 2,4 vezes no tempo reacional quando a resolução cinética foi em hexano na presença de CAL-B e acetato de etila como acilante obteve-se uma conversão na (R)-N-(1-metil-hexil)acetamida 4 de 42% e um excesso enantiomérico de 88% (tempo = 7h). Observaram-se também os efeitos da concentração de lipase no meio reacional, da temperatura e de diferentes solventes frente a 11 lipases. Os primeiros estudos de resolução cinética enzimática com a 2-metilcicloexil-amina 3 são apresentados neste trabalho com conversões de até 98% porém sem excesso enantiomérico. Uma outra característica das lipases é a capacidade de catalisar reações diferentes da sua função natural (promiscuidade), o que permite que elas catalisem reações de adição de Michael, além de suas reações normais que são a hidrólise e esterificação. A adição de Michael catalisada por lipases entre as 4 aminas primárias já citadas e acrilonitrila foi estudada com e sem a influência da irradiação micro-ondas, demonstrando a maior estabilidade de lipases imobilizadas sob irradiação micro-ondas. Os adutos de Michael obtidos (3-[(1-metil-hexil)amino]propanonitrila 9, 3-[(1-metil-3-fenilpropil) amino]propanonitrila 10, 3-[(2-metil cicloexil)amino]propanonitrila 11 e 3-(1,2,3,4-tetra-hidronaftaleno-1-amino)propanonitrila 12) foram sintetizados pela primeira vez com a metodologia onde foi utilizada a água, acrilonitrila e irradiação micro-ondas e os adutos 9, 10 e 11 não são descritos na literatura. Outro viés do trabalho foi a clonagem e expressão da álcool desidrogenase de Bacillus subtilis que foi clonada, expressa e purificada com sucesso. O interesse em tal enzima deve-se a resultados obtidos na literatura onde a utilização de células íntegras de B. subtilis apresentou a redução de cetonas a álcoois com alta enantiosseletividade. / Lipases present an important role in the development of biotechnology and are employed as biocatalysts in organic chemistry with high regio-, quimioand enantioselectivity. Besides allowing more sustainable syntheses that are consistent with the principles of Green Chemistry. The enzymatic resolution of amines has been shown to be an efficient way to obtain enantiomerically pure amines, which can be used in asymmetric synthesis of pharmaceuticals and agrochemicals. In this work the enzymatic resolution of 4 primary amines them being 2-amino-heptane textbf 1, 2-methyl-cyclohexyl amine 3, 1-methyl-3-phenylpropylamine 2 1.2 ,3,4-tetrahydro-1-naphthylamine 4 were studied by obtaining relevant results. For the 2-amino-heptane 1 promoted results similar to the literature and were obtained with a 2.4 times reduction of the reactional time when the kinetic resolution was in hexane in the presence of CAL-B and ethyl acetate as acylating obtained a conversion in (R)-N-(1-methyl-cyclohexyl) acetamide 4 by 42 % and an enantiomeric excess of 88 % (time = 7h). We studied the effects of the concentration of lipase in the reaction, temperature and solvent using 11 different lipases. The first studies of enzymatic kinetic resolution with 2-methyl-cyclohexyl- amine 3 are presented in this work with conversions up to 98% but without enantiomeric excess. The ability of lipases to catalyze reactions with different natural function (promiscuity) is an important property, which allows them to catalyze Michael addition reactions beyond their normal reactions, the hydrolysis and esterification. The Michael addition catalyzed by lipases between the four aforementioned primary amines and acrylonitrile was studied with and without the influence of microwave irradiation, demonstrating the greater stability of immobilized lipases under microwave irradiation. The Michael adducts obtained (3 - [(1-methylhexyl) amino] propanonitrile 9, 3 - [(1-methyl-3-phenylpropyl) amino] propanonitrile 10, 3 - [(2 - methyl cyclohexyl) amino] propanonitrile 11 and 3 - (1,2,3,4-tetrahydronaphthalene-1-amino) propanonitrile 12) were first synthesized with the method where water is used, acrylonitrile and microwave radiation, the adducts 9,10 and 11 are not described in the literature. Another investigation of this study was the cloning and expression of alcohol desidrogrenase of Bacillus subtilis which has been cloned, expressed and purified successfully. Interest in the enzyme due to results in the literature where the use of whole cells of B. subtilis showed the reduction of ketones with high enantioselectivity.