Propriedades macromoleculares e hidrodinâmicas, em solução, das galactomananas de guar e alfarroba oxidadas com o reagente tempo

Abstract

Resumo: As galactomananas são polissacarídeos constituídos por uma cadeia principal de Dmanopiranose unidas por ligação ?-(1?4) e ramificações D-galactopiranose ?-(1?6). A oxidação seletiva do C-6 promovida pelo reagente 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil (TEMPO) é uma forma de modificar e promover características e funcionalidades diferentes a esta molécula. Neste trabalho foi realizado a oxidação seletiva com reagente TEMPO das galactomananas de alfarroba e guar, com 5 graus diferentes de oxidação, determinados a partir do consumo de NaOH durante a reação. A oxidação foi confirmada através da caracterização por Espectroscopia no Infravermelho (FTIR) e Ressonância Magnética Nuclear (RMN), onde foi observada a presença de aldeídos nos graus de oxidação intermediários. A partir dos dados obtidos pela metodologia de cromatografia líquida de alta eficiência por troca iônica acoplada a detecção por amperometria pulsada (HPAED-PAD) a razão de Manose/Galactose foi determinada sendo para alfarroba nativa e seus derivados oxidados 1, 2, 3, 4 e 5 de 3,8/1, 2/1, 1,9/1, 1,7/1, 1,5/1 e 3,9/1. Para a guar e seus derivados oxidados 1, 2, 3, 4 e 5 os valores são de 1,2/1, 1,6/1, 1,5/1, 1,6/1, 1,5/1 e 5,4/1. Estes dados demonstraram que há uma preferência em oxidar a manose e posteriormente a galactose durante a reação. As propriedades macromoleculares e hidrodinâmicas das galactomananas nativas e oxidadas foram obtidas através da análise por cromatografia de exclusão de tamanho (SEC). Os valores de massa molar (Mw), viscosidade intrinseca [?], raio de giração (Rg) e comprimento de persistência (Lp) diminuiram com o aumento do grau de oxidação em ambas as galactomananas. Para a alfarroba nativa os valores foram de respectivamente 2,7x105 g.mol-1, de 4,9 dL.g-1, 35 nm, 6,15 nm. Na amostra 4 estes valores foram de respectivamente 0,43x105 g.mol-1, 0,6 dL.g-1, 9 nm e 2,50 nm. Os valores de Rg foram calculados a partir da equação de Flory-Fox, usando informações do viscosímetro, e o Lp pela formula para cadeias semi-flexiveis ou 'worm like". A mesma redução nos parâmetros macromoleculares também pode ser observada comparando-se a guar nativa com as amostras 1 a 5, devido ao fato das cargas presentes nas galactomanas oxidadas gerarem uma repulsão entre as moléculas e consequentemente diminuirem a tendência ao entrelaçamento e agregação entre essas. Os valores de Mw, [?], Rg, Lp foram, respectivamente, para a guar nativa e amostra 5 de 2,4x105 g.mol-1 e 0,56 x105 g.mol-1, 2,0 dL.g-1 e 0,5 dL.g-1, 25 nm e 10,0 nm, 4,15 nm e 2,80nm. A oxidação seletiva com reagente TEMPO se mostrou eficente para aumentar a flexibilidade da molécula, mesmo com pouco tempo de reação. Os parâmetros macromoleculares obtidos a partir da técnica de espalhamento de luz (LS) para as galactomananas nativas e oxidadas foram superiores aos obtidos por SEC. Este fato evidencia que para as moléculas com tendência a agregação, as técnicas que não sejam influenciadas por esses fatores são mais adequadas para realizar as caracterizações. Palavras chave: Galactomanana 1. Guar 2. Alfarroba 3. Oxidação seletiva C-6 4. Reagente TEMPO 5. Comprimento de persistência 6.

Abstract: Galactomannans are polysaccharides composed of D-mannopyranose linked ?-(1?4) main chain, ?-(1?6) branched by D-galactopiranose. The selective oxidation of C-6, promoted by reagent 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil (TEMPO), is a way to promote and modify various characteristics of this molecule. In this work, the oxidation reactions of guar and carob galactomannans were performed with TEMPO with 5 different degrees of oxidation, determined from the consumption of NaOH during the reaction. Characterization with Infrared Spectroscopy (FTIR) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) confirmed the chemical modification, where the presence of aldehydes was observed in intermediate degrees of oxidation. From the data obtained by high performance liquid chromatography coupled ion exchange efficiency with detection by pulsed amperometry (HPAED-PAD), the ratio of Mannose /Galactose was determined to be, respectively for the native carob and their oxidized derivatives 1, 2, 3, 4 and 5 were 3.8/1, 2/1, 1.9/1, 1.7/1, 1.5/1 and 3.9/1. For oxidized guar and its derivatives 1, 2, 3, 4 and 5 values are 1.2/1, 1.6/1, 1.5/1, 1.6/1, 1.5/1 and 5.4/1. These data demonstrated a preference to oxidize the mannose, and subsequently the galactose, during the reaction of oxidation. The macromolecular and hydrodynamic properties of the native and oxidized galactomannans were obtained through the analysis by size exclusion chromatography (SEC). The values of molar mass (Mw), intrinsic viscosity [?], radius of gyration (Rg) and the persistence length (Lp) decreased with increasing degree of oxidation in both galactomannans. To native locust, these parameter were respectively 2,7x105 g.mol-1, 4.9 dL.g-1, 35 nm and 6.15 nm. In sample 4 these values reduced so much 0,43x105 g.mol-1, 0,6 dl.g-1, 9 nm and 2.50 nm. Rg values were calculated from the Flory-Fox equation and Lp by the formula for semi-flexible strands or "worm like". The same reduction can also be observed by comparing the native guar with samples 1 to 5, due to the presence of charges in the oxidized galactomannans, that generated a repulsion between molecules and consequently diminish the tendency to aggregation and form entanglements in the pH and buffer used (0.1 mol.L- 1, TRIS-HCl, pH 8.0). The values of Mw, [?], Rg, Lp for native guar and sample 5 respectively were 2,4x105 g.mol-1 and 0.56 x 105 g.mol-1, 2.0 dl.g-1 and 0.5 dl.g-1, 25 nm and 10.0 nm, 4.15 nm and 2,80nm. The selective oxidation with TEMPO reagent proved to be efficient to increase the flexibility of the molecule, even with a short reaction time. The macromolecular parameters obtained from the technique of light scattering (LS) for native and oxidized galactomannans were higher than those obtained by SEC. This fact suggested the use of techniques which are not influenced by aggregates in solution to improve the characterization of galactomannans and its oxidized derivatives. Keywords: Galactomannans 1. Guar 2. Carob 3. Selective oxidation 4. Reagent TEMPO 5. Length of persistence 6.