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Ácidos Urônicos em Madeira de Eucalyptus Urograndis: Estudo por Metanólise-GC-MS, Esquemas de Literatura

Um estudo sobre a identificação de ácidos urônicos, incluindo glicourônicos e 4-o-metilglicurônicos, na madeira de eucalyptus urograndis. O trabalho utiliza metanólise ácida, sililação e análise por gc-ms para separar e identificar os diferentes ácidos urônicos presentes na madeira. O documento também discute a importância de estudar o comportamento destes ácidos em operações industriais.

O que você vai aprender

  • Qual é a finalidade do estudo apresentado no documento?
  • Por que é importante estudar o comportamento de ácidos urônicos em operações industriais?
  • Quais são os principais ácidos urônicos identificados na madeira de Eucalyptus Urograndis?

Tipologia: Esquemas

2022

Compartilhado em 07/11/2022

Pernambuco
Pernambuco 🇧🇷

4.2

(45)

225 documentos

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CARACTERIZAÇÃO DOS ÁCIDOS
URÔNICOS DA MADEIRA DE
EUCALYPTUS UROGRANDIS
Onel Reis Lopes1*, Andréia S. Magaton2, Paulo
Henrique Damasceno Morais1, Jorge Luiz
Colodette1 e Dorila Piló Veloso2.
1Laboratorio de Celulose e Papel – Universidade
Federal de Viçosa (*onel@vicosa.ufv.br);
2Departamento de Química – Universidade
Federal de Minas Gerais
Abstract
This work aimed at identifying glucuronic acid, 4-
O-methylglucuronic acid and galacturonic acid of
Eucalyptus urograndis wood through acid
methanolysis-GC-MS. The acid methanolysis (2M
HCl/MeOH) was applied to wood meal and
followed by silylation. Afterwards, the sample
was analyzed by gas chromatography-mass
spectrometry (GC-MS). The method allowed for
good separation and unequivocal identification of
the wood different uronic acids. It was determined
that the E. urograndis wood presents the three
uronic acids commonly found in hardwoods, with
the 4-O-methylglucuronic acid being by far the
most significant one.
Resumo
Este trabalho teve como objetivo identificar o
ácido glicourônico, o ácido 4-O-metilglicourônico
e o ácido galactourônico da madeira de
Eucalyptus Urograndis por metanólise-GC-MS. A
metanólise ácida (2M HCl/MeOH) foi aplicado à
amostra de madeira e seguida por sililação. Em
seguida, a amostra foi analisada por cromatografia
gasosa acoplada ao espectrômetro de massa (GC-
MS). O método permitiu uma boa separação e a
identificação inequívoca dos diferentes ácidos
urônicos da madeira. Foi determinado que a
madeira do Eucalyptus Urograndis apresenta os
três ácidos urônicos encontrados geralmente nas
hardwoods, com o ácido 4-O-metilglicourônico
apresentando valores mais significativos.
Keywords: Uronic Acids, Methanolysis,
Eucaliptus urograndis
INTRODUÇÃO
Os ácidos urônicos, incluindo os glicourônicos e
os 4-O-metilglicurônicos, ligados a unidades de
xilose nas macromoléculas de hemiceluloses e os
galacturônicos, principal constituinte das pectinas,
representam uma fração significativa da madeira,
em média cerca de 4-5% do seu peso. Destes
ácidos, o 4-O-metilglicurônico tem recebido
grande destaque devido recentes descobertas
sobre sua influência no processo de produção de
celulose (TELEMAN et al., 1995). Para melhor
entender o comportamento destes ácidos nas
operações industriais é necessário inicialmente
proceder a análises qualitativas e quantitativas
destes. O método convencional para a análise de
hemiceluloses consiste em hidrólise ácida seguida
por separação dos açúcares componentes por
cromatografia líquido ou gasosa. O problema
deste método é que não é apropriado para a
detecção de unidades de ácidos urônicos, porque
este pode ser descarboxilado e então degradado
durante a hidrólise ácida. Uma alternativa para a
clivagem das ligações glicosídicas com mínima
degradação das hemiceluloses é a metanólise. A
metanólise das hemiceluloses da madeira, seguida
por sililação e separação por cromatografia gasosa
(CG), foi aplicada com sucesso para a análise
quantitativa de açúcares totais das hemiceluloses e
pectinas (SUNDBERG et al., 1996) em
softwoods. No entanto, não há na literatura estudo
dos ácidos urônicos da madeira do eucalipto, a
principal matéria-prima utilizada na indústria de
celulose nacional. Dentro deste contexto, este
estudo teve como objetivo identificar os principais
ácidos urônicos presentes na madeira do E.
urograndis, utilizando metanólise acida, sililação
e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria
de massas.
MATERIAL E MÉTODOS
A amostra de madeira do Eucalyptus urograndis
foi coletada de árvore com sete anos de idade,
proveniente da região de Mucuri, na Bahia. A
madeira foi transformada em serragem e esta foi
submetida à extração em soxhlet utilizando-se
etanol: tolueno 1:2 para remoção dos extrativos,
que podem interferir na análise. Foram pesados
aproximadamente 10 mg de serragem livre-de-
extrativos e submetidos à metanólise ácida por
adição de 2 mL da solução 2 mol.L-1 de
HCl/Metanol a 100 ºC, por 3 horas. Em seguida,
100 µL de piridina foi adicionado para neutralizar
a solução ácida e 1,0 mL da solução foi
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CARACTERIZAÇÃO DOS ÁCIDOS

URÔNICOS DA MADEIRA DE

EUCALYPTUS UROGRANDIS

Onel Reis Lopes1^ , Andréia S. Magaton^2 , Paulo Henrique Damasceno Morais^1 , Jorge Luiz Colodette 1 e Dorila Piló Veloso^2.*

(^1) Laboratorio de Celulose e Papel – Universidade

Federal de Viçosa (*onel@vicosa.ufv.br); (^2) Departamento de Química – Universidade

Federal de Minas Gerais

Abstract

This work aimed at identifying glucuronic acid, 4- O-methylglucuronic acid and galacturonic acid of Eucalyptus urograndis wood through acid methanolysis-GC-MS. The acid methanolysis (2M HCl/MeOH) was applied to wood meal and followed by silylation. Afterwards, the sample was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The method allowed for good separation and unequivocal identification of the wood different uronic acids. It was determined that the E. urograndis wood presents the three uronic acids commonly found in hardwoods, with the 4-O-methylglucuronic acid being by far the most significant one.

Resumo

Este trabalho teve como objetivo identificar o ácido glicourônico, o ácido 4-O-metilglicourônico e o ácido galactourônico da madeira de Eucalyptus Urograndis por metanólise-GC-MS. A metanólise ácida (2M HCl/MeOH) foi aplicado à amostra de madeira e seguida por sililação. Em seguida, a amostra foi analisada por cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massa (GC- MS). O método permitiu uma boa separação e a identificação inequívoca dos diferentes ácidos urônicos da madeira. Foi determinado que a madeira do Eucalyptus Urograndis apresenta os três ácidos urônicos encontrados geralmente nas hardwoods, com o ácido 4-O-metilglicourônico apresentando valores mais significativos.

Keywords: Uronic Acids, Methanolysis, Eucaliptus urograndis

INTRODUÇÃO

Os ácidos urônicos, incluindo os glicourônicos e os 4- O -metilglicurônicos, ligados a unidades de xilose nas macromoléculas de hemiceluloses e os galacturônicos, principal constituinte das pectinas, representam uma fração significativa da madeira, em média cerca de 4-5% do seu peso. Destes ácidos, o 4- O -metilglicurônico tem recebido grande destaque devido recentes descobertas sobre sua influência no processo de produção de celulose (TELEMAN et al., 1995). Para melhor entender o comportamento destes ácidos nas operações industriais é necessário inicialmente proceder a análises qualitativas e quantitativas destes. O método convencional para a análise de hemiceluloses consiste em hidrólise ácida seguida por separação dos açúcares componentes por cromatografia líquido ou gasosa. O problema deste método é que não é apropriado para a detecção de unidades de ácidos urônicos, porque este pode ser descarboxilado e então degradado durante a hidrólise ácida. Uma alternativa para a clivagem das ligações glicosídicas com mínima degradação das hemiceluloses é a metanólise. A metanólise das hemiceluloses da madeira, seguida por sililação e separação por cromatografia gasosa (CG), foi aplicada com sucesso para a análise quantitativa de açúcares totais das hemiceluloses e pectinas (SUNDBERG et al., 1996) em softwoods. No entanto, não há na literatura estudo dos ácidos urônicos da madeira do eucalipto, a principal matéria-prima utilizada na indústria de celulose nacional. Dentro deste contexto, este estudo teve como objetivo identificar os principais ácidos urônicos presentes na madeira do E. urograndis , utilizando metanólise acida, sililação e cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas.

MATERIAL E MÉTODOS

A amostra de madeira do Eucalyptus urograndis foi coletada de árvore com sete anos de idade, proveniente da região de Mucuri, na Bahia. A madeira foi transformada em serragem e esta foi submetida à extração em soxhlet utilizando-se etanol: tolueno 1:2 para remoção dos extrativos, que podem interferir na análise. Foram pesados aproximadamente 10 mg de serragem livre-de- extrativos e submetidos à metanólise ácida por adição de 2 mL da solução 2 mol.L-1^ de HCl/Metanol a 100 ºC, por 3 horas. Em seguida, 100 μL de piridina foi adicionado para neutralizar a solução ácida e 1,0 mL da solução foi

transferido para tubos de micro reação. A solução foi evaporada e a amostra foi dissolvida por adição de 50 μL de piridina e submetida à sililação, por adição de 100 μL de N,O - Bis(trimetilsilil)-Trifluoroacetamida (BSTFA) com 1% trimetilclorosilano (TMCS) à uma temperatura de 80 ºC por 20 minutos. Finalmente, a amostra sililada foi analisada por cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massa (CG/EM). Os padrões dos ácidos urônicos também foram submetidos à metanólise, sililação e análise no GC/EM para auxiliar na identificação dos ácidos urônicos da madeira. As análises qualitativas dos ácidos urônicos foram realizadas em aparelho GC/EM PQ5050A da marca SHIMADZU usando coluna capilar de sílica fundida DB-5 (30m; 0,25mm de diâmetro interno; espessura de 0,25μm) e hélio como gás de arraste com fluxo de 1,3 mL/min. A temperatura do injetor foi 290°C com temperatura inicial aumentando de 40°C a 130°C na razão de 9°C/min e de 130°C a 290°C na razão de 2°C/min. A temperatura final permaneceu em 290°C por 10 min. A temperatura do detector foi de 290°C e a temperatura de interface do sistema CG/EM foi de 290°C. O detector de massas operou com ionização por impacto de elétrons de 70 eV e varredura de massas entre os intervalos de 20 e 600 Da.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Inicialmente, foi realizado um estudo dos espectros de massa dos padrões dos ácidos glicurônico, 4- O -metilglicurônico e galacturônico. Os espectros obtidos foram comparados com espectros existentes no banco de dados do aparelho GC/EM e com dados da literatura. Os ácidos urônicos, após sofrerem metanólise e sililação dão origem a mais de um pico nos cromatogramas. O Quadro 1 mostra os tempos de retenção dos picos encontrados nos cromatogramas de cada ácido urônico.

Quadro 1- Tempos de Retenção (tR) dos picos encontrados nos cromatogramas dos ácidos urônicos.

Ácido Glicurônico tR (min)

Ácido 4- O - metilglicurônico tR (min)

Ácido Galacturônico tR (min) 28,74 30,65 29, 29,69 30,96 31, 36,56 34, 37,14 35,

Os ácidos glicurônicos e galacturônicos, por formarem lactonas, apresentam 4 picos nos cromatogramas. O anel de lactona, que é uma furanose é formado juntamente com o anel de piranose. Dessa forma, em solução há quatro formas cíclicas, que correspondem às formas anoméricas metil α e metil β-furonosídeo e piranosídeo (DOCO et al., 2001). O ácido 4- O - metilglicurônico não forma lactonas, pois o carbono C4 se encontra ligado um grupo metoxila que não permite a lactonização. Isto explica a presença de apenas dois picos nos seus cromatogramas, que correspondem às formas anoméricas metil α e metil β-piranosídeo. Os picos que apresentaram tempo de retenção 28,74 e 29,69 minutos no cromatograma do ácido glicurônico foram identificados como os anômeros α e β do anel furonosídico dos derivados trimetilsililados. Os fragmentos mais característicos dos espectros de massa destes picos são o íon molecular m/z 147 [(CH 3 ) 3 SiOSi+(CH 3 ) 2 ], m/z 89 [CH 3 OSi+(CH 3 ) 2 ] e o pico base m/z 73 [Si+^ (CH 3 ) 3 ]. O pico m/z 147 é devido a um rearranjo do grupo trimetilsilil dando origem ao fragmento [(CH 3 ) 3 SiOSi+-(CH 3 ) 2 ] (DEJONGH et al. 1969). A presença do m/z 230 em ambos os casos é característico principalmente de lactonas persililadas (BLETON, 1996). A origem deste íon se dá a partir do íon [M-15]+. A explicação para o surgimento do pico m/z 89 é a metoxilação do carbono C1 na metanólise. Assim sendo, após a perda do radical metila, um rearranjo envolvendo um anel de seis membros, favorece a migração do grupo TMSO do C3, levando à formação do íon m/z 89. Os picos que apresentaram tempo de retenção 36,56 e 37, minutos no cromatograma do ácido glicurônico foram identificados como os anômeros α e β do anel piranosídico dos derivados trimetilsililados. Os fragmentos mais característicos para os picos do ácido glicurônico são o íon molecular m/z 217 [(CH 3 ) 3 SiO-CH=CH-C+H-OSi(CH 3 ) 3 ], m/z 204 [(CH 3 ) 3 SiO=CH-CH-OSi(CH 3 ) 3 ], m/z 159 [(CH 3 ) 3 SiOCH=CH-CH=O+^ -CH 3 ], m/z 147 [(CH 3 ) 3 SiOSi+(CH 3 ) 2 ] e o pico base m/z 73 [Si+(CH 3 ) 3 ]. A fragmentação que leva ao íon m/z 217 origina-se da perda do carbono C6 seguida de um rearranjo por um anel de quatro membros. O pico m/z 204 é muito comum em carboidratos derivatizados com o grupo trimetisilil (DEJONGH et al. 1969). O íon m/z 159 apresenta maior intensidade nos açúcares ácidos (7-13% do pico base) que os espectros dos açúcares neutros (BLETON, et al.,1996). Neste caso, o ácido glicurônico apresentou 7,6% de intensidade em

trimetilsilyl derivates of carbohydrates by gas chromatography and mass spectrometry. J. Am. Chem. Soc. 91: 1728-1740. DOCO, T.; O´NEILL, M.A.; PELLERIN, P.

  1. Determination of neutral and acidic glycosyl-residue compositions of plant polysaccharides by GC-EI-MS analysis of the trimethysilyl methyl glycoside derivates. Carbohydrates Polymers. 249-259. SUNDBERG, A.; SUNDBERG, K.; LILLANDI, C.; HOLMBOM, B. 1996. Determination of hemicelluloses and pectins in wood and pulp fibres by acid methanolysis and gas chromatography. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 4:216-220. TELEMAN, A.; HARJUNPÄÄ, V.; TENKANEN, M.; BUCHERT, J.; HAUSALO, T.; DRAKENBERG, T.; VUORINEN, T. 1995. Characterization of 4-deoxy- β -L- threo -4-hex-4- enopyranosyluronic acid attached to xylan in pine kraft pulp and pulping liquor by 1 H and 13 C NMR spectroscopy. Carbohydrate Research, 272׃55-71.