Oxidação seletiva de carragenanas utilizando o reagente tempo e o ácido tricloroisocianúrico como co-oxidante

Abstract

Resumo: As carragenanas são polissacarídeos extraídos da matriz extracelular de algas vermelhas, pertencentes à família das galactanas sulfatadas, muito utilizadas na indústria alimentícia como espessante, gelificante, estabilizadora de viscosidade e textura. A modificação química de polissacarídeos pode alterar características físico-químicas agregando-lhes valor econômico. Dentre essas modificações, a oxidação seletiva é de grande interesse porque gera ácidos poliurônicos com ampla aplicação na indústria como, por exemplo, na geleificação, complexação, antifloculação, adesão, bem como uma série de atividades biológicas, como a atividade anticoagulante. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo principal oxidar seletivamente as carragenanas kappa-, iota-, theta-, lambda- e o híbrido iota/nu em diferentes proporções utilizando o catalisador N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TEMPO) e o co-oxidante ácido tricloroisocianúrico (TCCA) em solução aquosa tamponada em pH 9,6 para produzir uma carboxila no carbono C6 da unidade monossacarídica (?3)-ß-D-galactopiranose. Inicialmente, foi realizado um estudo da reação de oxidação seletiva utilizando a kappa-carragenana como substrato e variando os equivalentes de TCCA (0,2; 0,5; 1; 2 e 3). As reações foram analisadas através de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) 1H indicando a entrada do grupo carboxila de acordo com o aumento do número de equivalentes. Assim, foram realizadas oxidações com 3 equivalentes de TCCA, por 15 horas ou por 2 horas. Foram obtidas oito frações a partir das carragenanas com diferentes graus de oxidação: kOT, i/nOT, iOP, iOT, tOP, tOT, lOP e lOT. Estas frações foram caracterizadas utilizando espectroscopia de infravermelho (FTIR) e RMN (1H, 13C e HSQC). Com os dados de literatura e mapas de correlação heteronucleares HSQC foi possível realizar o assinalamento de RMN das díades produzidas após a oxidação seletiva C6. A massa molecular relativa das carragenanas nativas e oxidadas foram determinadas utilizando três curvas padrões de calibração. Análises cromatográficas em HPSEC-MALLS/IR foram utilizadas para a determinação de Mw. As análises revelaram diminuições em Mw após as oxidações e um aumento de solubilidade para a iota- e theta-carragenanas oxidadas, porém com maiores graus de oxidação observa-se diminuição das taxas de recuperação para as frações kOT, i/nOT, iOT, lOP e lOT sugerindo formação de agregados. As amostras nativas e oxidadas da theta-carragenana (tN, tOP e tOT) foram testadas por aPTT in vitro e apresentaram atividade anticoagulante dose-dependente em potências diferentes. Os oxidados apresentaram uma potência maior em relação ao biopolímero nativo, sendo a fração com oxidação parcial (tOP) (80% de oxidação) a que apresentou maior efeito anticoagulante. Palavras-chave: Polissacarídeos, galactanas sulfatadas, carragenanas, oxidação seletiva.

Abstract: Carrageenans are polysaccharides extracted from extracellular matrix of red seaweeds that belong to the family of sulfated galactans. They are widely used in food industry as thickening, gelling and stabilizing agents. Chemical modifications of polysaccharides have been reported in order to improve physicochemical properties. The selective oxidation of sulfated polysaccharides can produce polyuronic acids derivatives with defined sulfation pattern and potential biological and technological application. Thus, the aim of this work is the selective oxidation of the kappa-, iota-, iota/nu, theta-, and lambda-carrageenan using 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) and trichloroisocyanuric acid (TCCA) in a carbonate buffer (pH 9.6). Initially, we performed a study of selective oxidation reaction using the kappa-carrageenan as substrate and increased amounts of TCCA (0.2, 0.5, 1, 2 and 3 equivalents). The carboxyl group in the polysaccharide backbone was detected using 1H NMR. It was observed that the increase of TCCA amount gave higher oxidation rate in the carrageenan backbone. The preparative reactions were performed using 3 equivalents of TCCA for 2 or 15 hours to give the following fractions with different degree of oxidation: kOT (87%) (from kappa); i/nOT (>95%) (from iota/nu-), iOP (42%) and iOT (>95%) (from iota-); tOP (80%) and tOT (>95%) (from theta-) and lOP (83%) and lOT (>95%) (from lambda-). All the fractions were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), 1H,13C and HSQC NMR. The anticoagulant activity of native and oxidized fractions of theta-carrageenan (tN, tOP and tOT) were determined by aPTT. The oxidized fractions showed better activity than native polysaccharide, indicating that selective oxidation increased the anticoagulant property. Keywords: Polysaccharides, sulfated galactans, carrageenans, selective oxidation, TEMPO, TCCA.