Efeito de solventes eutéticos profundos na síntese enzimática de ésteres de açúcar

Abstract

Resumo: O processo enzimático para a síntese de ésteres de açúcar, compostos de grandeinteresse industrial, apresenta várias vantagens. As enzimas são regiosseletivas, o quepermite a produção do produto desejado em uma única etapa de reação, algo que nãoocorre no processo químico convencional. Além disso, por ser um processo de síntese, areação deve ocorrer em meios reacionais não aquosos, tipicamente utilizando solventesorgânicos. No entanto, devido à toxicidade associada aos solventes orgânicos, foramproduzidos solventes ambientalmente amigáveis, como os solventes eutéticos profundos(DESs), que têm mostrado resultados promissores na síntese de ésteres. Neste trabalho,foi realizada a acetilação da D-glucose com acetato de vinila, em uma reação catalisadapela Lipase B de Candida antarctica (CALB) e pelo sólido fermentado contendo lipasesde Burkholderia contaminans LTEB11. O produto principal da reação foi o a-D-6-Oacetilglucopiranosídeo,que foi purificado por cromatografia flash, identificado por RMNe IR, e quantificado por HPLC. A síntese do produto de interesse foi conduzida em meiocontendo DESs, preparados a partir de uma mistura de cloreto de colina e glucose(ChCl:Glu 1:1) e cloreto de colina e glicerol (ChCl:Gli 1:2). Para fins de comparação, asíntese também foi realizada em um sistema livre de solvente, utilizando como substratometil-a-D-glucose em acetato de vinila puro. Os resultados mostraram que a síntese demetil-a-D-6-O-acetilglucopiranosídeo no sistema livre de solvente obteve umdesempenho de 82% de conversão, comparado com o sistema DES (ChCl:Glu), quealcançou 44% de conversão do éster de açúcar após 72 h de reação. A baixa conversão nosistema ChCl:Glu pode ser atribuída à alta viscosidade do DES. Com isso, foi avaliada aadição de diferentes concentrações de água (10%, 20% e 30% v v-1) como co-solventejunto ao ChCl:Glu. A mistura contendo 20% de água apresentou um maior resultado, com91% de conversão após 72 h de reação, comparado a conversão obtida no sistema semágua (44%). Porém, a concentração mais alta de água (30%) causou uma queda naconversão para 72%. Os resultados indicam que a adição de DES e água proporciona umambiente mais adequado para as reações enzimáticas, diminuindo a viscosidade do meioe melhorando a solvatação da enzima.

Abstract: The enzymatic process for the synthesis of sugar esters, compounds of great industrialinterest, presents several advantages. Enzymes are regioselective, allowing the productionof the desired product in a single reaction step, which does not occur in the conventionalchemical process. Additionally, since it is a synthesis process, the reaction must occur innon-aqueous reaction media, typically using organic solvents. However, due to thetoxicity associated with organic solvents, environmentally friendly solvents, such as deepeutectic solvents (DESs), have been developed and have shown promising results in thesynthesis of esters. In this work, the acetylation of D-glucose with vinyl acetate wascarried out in a reaction catalyzed by Lipase B from Candida antarctica (CALB) and bythe fermented solid containing lipases from Burkholderia contaminans LTEB11. Themain product of the reaction was a-D-6-O-acetylglucopyranoside, which was purified byflash chromatography, identified by NMR and IR, and quantified by HPLC. The synthesisof the product of interest was conducted in a medium containing DESs, prepared from amixture of choline chloride and glucose (ChCl:Glu 1:1) and choline chloride and glycerol(ChCl:Gli 1:2). For comparison purposes, the synthesis was also performed in a solventfreesystem, using methyl-a-D-glucose as a substrate in pure vinyl acetate. The resultsshowed that the synthesis of methyl-a-D-6-O-acetylglucopyranoside in the solvent-freesystem achieved a conversion of 82%, compared to the DES (ChCl:Glu) system, whichreached 44% conversion of the sugar ester after 72 h of reaction. The low conversion inthe ChCl:Glu system can be attributed to the high viscosity of the DES. Therefore, theaddition of different concentrations of water (10%, 20%, and 30% v v-1) as a co-solventalong with ChCl:Glu was evaluated. The mixture containing 20% water showed the bestresult, with 91% conversion after 72 h of reaction, compared to the conversion obtainedin the water-free system (44%). However, the highest water concentration (30%) causeda decrease in conversion to 72%. The results indicate that the addition of DES and waterprovides a more suitable environment for enzymatic reactions by reducing the viscosityof the medium and improving enzyme solvation.