Otimização das condições reacionais para a epoxidação quimio-enzimática do a-pineno

Abstract

Neste trabalho, foram avaliadas diversas condições reacionais que influenciam na epoxidação quimio-enzimática do a-pineno. As melhores condições reacionais foram usadas para a epoxidação do ß-pineno, citronelal, 3-careno e eugenol.Inicialmente, 18 lipases de diferentes fontes foram usadas como biocatalisadores na epoxidação do a-pineno, usando o ácido hexanóico como doador acila e ureia-peróxido de hidrogênio (UPH) como agente oxidante em CH2Cl2 . Os maiores valores de conversão ao epóxido do a-pineno (33) foram obtidas nas reações catalisadas pelas lipases B de Candida antarctica (CALB) e Lipozyme 435, sendo 60 e 75%,em 9horas, respectivamente.A seguir, a Lipozyme 435 foi selecionada para avaliar as condições experimentais que podem influenciar na epoxidação do a-pineno, tais como tempo de reação (3-30h), massa da lipase (20-100mg), temperatura (20-45°C), solventes orgânicos (hexano, tolueno e acetona, entre outros) puros ou em misturas com alguns LIs ([BMIm][PF6] e [BMIm][BF4]) e o doador acila (ácidos carboxílicos lineares e/ou ramificados). Ao aumentar o tempo de reação, verificou-se um também um aumento na conversão a 33 (20-99%). Ao aumentar a massa da lipase, também foi verificado uma maior conversão ao produto (30-93%). Com relação à temperatura, verificou que após 25°C não houve uma mudança significativa na conversão em 33 (60-71%). No estudo do solvente orgânico, as maiores conversões em 33, foram obtidas ao utilizar o CH2Cl2 (57%) e o acetato de etila (>99 %). Ao usar misturas de solventes orgânicos eLIs( 9:1 v/v), não foi possível obter o epóxido 33. O melhor doador acila foi o ácido hexanóico, sendo que a conversão em 33 foi de 57%. Ao usar ácidos carboxílicos substituídos na posição 2-, 3- e/ou 4- com um grupo retirador de elétron próximo ao centro reacional (Br), as conversões foram baixas( 0-12%).A seguir, a lipase nativa de Aspergillus niger na forma livre (50mg) foi usada em CH2Cl2 a 25°C por 8-40h. O epóxido 33 foi obtido com conversões de 44-93%. Quando a lipase de A.niger foi imobilizada (gel de ágar ou bucha vegetal) (30-70mg/g suporte), o epóxido foi obtido com conversões de 13-21% e 14-73%. Não foi observada a formação do produto em estudos de reutilização dos suportes.Utilizando as melhores condições experimentais para a epoxidação do a-pineno (Lipozyme 435, ácido hexanóico, diclorometano, UPH, 25°C, 8h), fez-se a reação com ß-pineno, citronelal, 3-careno e eugenol. Nestas condições, obtiveram-se os epóxidos derivados do 3-careno (46%) e do citronelal (59%). Outras condições experimentais podem ser testadas nestas reações.Estes resultados mostraram que a epoxidação quimio-enzimática do a-pineno e de outros terpenos, com lipases, é uma alternativa interessante e viável para a obtenção de epóxidos com boas conversões. Salienta-se que estes compostos são considerados intermediários sintéticos de grande aplicabilidade.

Abstract : In this study, several experimental conditions were evaluated in the chemo-enzymatic epoxidation of a-pinene. The best reaction conditions were used in the epoxidation on ß-pinene, citronelal, 3-carene and eugenol.Firstly, 18 lipases from different sources were used as biocatalysts in the epoxidation of a-pinene, using hexanoic acid as acyl donor and ureia-hydrogen peroxide (UHP) as an oxidizing agent in CH2Cl2.The highest degrees of conversion to a-pinene epoxide (33) were achieved by the use of lipases from Candida antarctica (CALB) and Lipozyme 435 (60.0 and 75.0% - 9h).Then, Lipozyme 435 was selected to evaluate the experimental conditions which can influence in the epoxidation of a-pinene, such as reaction time (3-30h), lipase loading (20-100mg), temperature (20-45°C), organic solvents (hexane, toluene and acetone or others) pure or in mixture with some ILs ([BMIm][PF6] and [BMIm][BF4]) and the acyl donor (linear or branched carboxylics acids). With an increase in the reaction time, an increase in the conversion to 33 was observed (20.0 >99%). As the lipase mass loading increased, an increase in the degree of conversion into the product (30.0-93.0%) was also observed. In relation to the temperature, no significative increase in the conversion of 33 was detected, after 25°C, these being of 60.0-70.9%. In the study of organic solvents, the highest degrees of conversion in 33 were obtained using CH2Cl2 (57.0%) and ethyl acetate (>99 %).When mixtures of organic solvents:ILs (9:1 v/v) were used, no product wasdetected. The best acyl donor was the hexanoic acid, forming 33 in conversion of 57.0%. When substituted carboxylic acids in the 2-, 3- or 4-position with an withdraw group (Br) were used, the conversion degrees to 33 were low (0-12.0%).The native lipase from Aspergillus niger in a free form (50mg), was used in CH2Cl2 at 25°C for 8-40h. The epoxide 33 was obtained in degrees of conversion of 44.0-93.0%. When the lipase from A.niger was immobilized (agar gel or loofa sponge) (30-70mg/g support), the epoxide was obtained in degrees of conversions of 13.0-21.0% and 14.0-73.0%. No product was detected in the reuse of the supports, under the same reaction conditions.By the use of the best experimental conditions in the epoxidation of a-pinene (Lipozyme 435, hexanoico ácid, CH2Cl2, UHP, 25°C, 8h), the reactions of ß-pinene, citronelal, 3-carene and eugenol were studied. Only the epoxides derived from 3-carene (46.0%) and citronelal (59.0%) were formed. The results herein obtained showed that the chemo-enzymatic epoxidation of a-pinene and others terpenes, is an interesting and feasible alternative to obtain epoxides in good degrees of conversion. It is worth of mentioning that these compounds are considered synthetic intermediates of high applicability.