2009 Potencialidades e Oportunidades Na Química Da Sacarose e Outros Açúcares

Quim. Nova, Vol. 32, No. 3, 623-638, 2009

*e-mail: [email protected]

Potencialidades e oPortunidades na qumica da sacarose e outros acares

Vitor Francisco Ferreira* e david rodrigues da rocha Departamento de Qumica Orgnica, Universidade Federal Fluminense, Campus do Valonguinho, 24020-141 Niteri - RJ, Brasil Fernando de carvalho da silvaInstituto de Qumica, CT, Bloco A, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Cidade Universitria, 21949-900 Rio de Janeiro - RJ, Brasil

Recebido em 15/1/09; aceito em 20/3/09; publicado na web em 2/4/09

POTeNTIAlITy AND OPPORTUNITy IN The CheMISTRy OF SUCROSe AND OTheR SUGARS. Non-renewable biomass, such as coal, oil and natural gas are not only energy sources but also important starting materials for the production of a variety of chemicals ranging from gasoline, diesel oil and fine chemicals. In this regard, carbohydrates, the most abundant class of enantiopure organic compounds, are very suitable for generation of chemicals of great practical value. Their bulk-scale availability associated with low cost make them unique starting materials for organic preparative purpose. They are a most attractive alternative for construction of enantiopure target molecules by asymmetric synthesis. This review addresses, in addition to the use of low molecular weight carbohydrates, issues related to renewable biomass from photosynthesis and alternatives for the production of bulk and fine chemicals.

Keywords: renewable biomass; sucrose; carbohydrates.

introduo

A biomassa renovvel terrestre constituda de diversos pro-dutos de baixas e altas massas moleculares como, por exemplo, carboidratos, aminocidos, lipdios, e biopolmeros, como celulose, hemicelulose, quitina, amido, lignina e protenas. estas biomassas so utilizadas na alimentao e para a produo de uma variedade de combustveis, produtos qumicos e produtos energticos. O processa-mento da biomassa renovvel abrange mtodos biolgicos, trmicos e/ou transformaes qumicas, alm de tratamento mecnico para obter combustveis slidos, lquidos ou gasosos ou ainda produtos qumicos de maior valor agregado.

As biomassas no-renovveis, como carvo, petrleo e gs natural no so apenas materiais energticos naturais, mas tambm so importantes insumos para a produo de uma grande variedade de produtos qumicos que variam desde gasolina e leo diesel1-3 a insumos qumicos e intermedirios de produtos da qumica fina.4,5 em termos energticos, estas trs biomassas so responsveis por aproximadamente 75% da energia consumida correspondendo a 33, 24 e 19%, respectivamente.6 No entanto, como so recursos naturais fsseis finitos, fica evidente a grande necessidade de se desenvolver tecnologia para o aproveitamento das biomassas renovveis (es-quema 1).

As biomassas oriundas de fontes renovveis e o carvo foram as matrias-primas utilizadas, na mesma proporo, pela humanidade at cerca de 100 anos atrs. A partir do incio do sculo 20 o gs natural e o petrleo tornaram-se os principais componentes da matriz energtica mundial, alcanando seu pice no sculo 21, o que reduziu drasticamente o uso das biomassas renovveis e paralelamente foram crescendo os nveis de CO2 na atmosfera, devido queima de gs e petrleo associado s devastaes nas florestas.

O petrleo tornou-se a biomassa de origem fssil mais importante e as previses de que sua produo no seria reduzida antes de 2050 fizeram com que as indstrias qumicas continuassem baseando seus processos nesta matria-prima. Como consequncia, uma parte substancial das necessidades energticas do primeiro mundo mudou

para esta nova indstria qumica orgnica, agregando valor a uma percentagem do petrleo e tornando-o a base da indstria petroqu-mica. Assim, muitos dos seus derivados foram includos na sade, alimentao, lar e outros produtos que temos hoje, principalmente plsticos e borrachas. entretanto, ainda no existe uma previso acurada da longevidade dos estoques do petrleo, mas seu preo no mercado internacional oscila bastante dependendo da conjuntura eco-nmica mundial e dos pases produtores. Atualmente as estimativas da longevidade das reservas esto entre 80-100 anos, porm, com as recentes descobertas de petrleo em guas profundas, nas camadas do pr-sal, essas previses ficaram imprecisas.

J existem processos qumicos e biotecnolgicos disponveis para transformar certas biomassas em molculas teis, da mesma forma que a qumica orgnica fez com o petrleo no sculo passado. Ainda no so to numerosos, contudo, possvel antecipar que neste sculo observaremos o crescimento das indstrias qumicas baseadas em biomassas, paralelamente ao declnio da indstria pe-troqumica, o que ocorrer com significativas vantagens ambientais. Diante desse cenrio, o Brasil deveria desenvolver suas prprias tecnologias capazes de transformar suas biomassas renovveis e abundantes em intermedirios de qumica fina ou insumos bsicos para a indstria qumica, pois fato que as matrias-primas fsseis se esgotaro.7

Esquema 1. Correlao entre as biomassas fsseis e renovveis

Biomassa Renovvel

Carboidratos (celulose,hemi-celulose, sacarose, etc.), amino-cidos, lipdios, quitina, amido, lignina, protenas

Carvo, petrleo, gs natural

No Renovvel

Combustveis, insumos qumicos Alimentos, combustveis, insumos qumicos

Ferreira et al.624 Quim. Nova

Independente do preo e da disponibilidade do petrleo e do gs natural, a queima de combustveis fsseis um fator que no pode (no deve) ser negligenciado por nenhum pas, pois seu efeito no aquecimento global no restrito. Neste cenrio, que as biomassas de fontes renovveis aparecem como alternativas economicamente atrativas para fixao de CO2, produo de biocombustveis e insumos bsicos para suprir as indstrias qumicas.8

Alm da questo econmica, a transio dos processos de pre-parao de insumos qumicos a partir do petrleo para um sistema baseado em biomassas ter que transpor outros obstculos, sendo o mais importante as diferenas qumicas dos dois tipos de matrias-primas. As biomassas so compostas de substncias mais comple-xas (carboidratos, aminocidos, protenas, lipdios e biopolmeros (polissacardeos)9 como celulose, hemiceluloses, quitina, amido e lignina) que variam consideravelmente de massas moleculares (esquema 2).

carBoidratos

Os carboidratos compem 75% da biomassa da Terra represen-tando a maior fonte renovvel do planeta. Anualmente so converti-dos mais de 100 bilhes de m3 de CO2 e h2O em 200 mil toneladas de carboidratos pelas plantas superiores e algas.10-12 Nesta classe, destacam-se a celulose, a hemicelulose, o amido e a sacarose, dentre outros carboidratos de massas moleculares menores. estes carboi-dratos j so utilizados industrialmente em larga escala para diversos fins, mas alguns so utilizados principalmente para fins alimentares, tendo poucas aplicaes nas indstrias qumicas.13,14

Por serem materiais renovveis e de baixo custo, esses carboi-dratos devero ser no futuro as fontes economicamente mais viveis para substituir os atuais derivados petroqumicos. em 1995 publi-camos, nesta mesma revista, um artigo relatando a viso da poca sobre o uso de carboidratos abundantes e suas aplicabilidades em sntese orgnica.15 esta nova reviso pretende abordar, alm do uso de carboidratos de baixas massas moleculares, as questes relativas s biomassas renovveis oriundas da fotossntese e suas alternativas para a produo de intermedirios e produtos da qumica fina.

Nestes ltimos anos, muitas novas reaes e materiais foram criados visando a produo de novos intermedirios passveis de uso pelos setores qumicos da indstria, com a perspectiva que estes deveriam ser economicamente viveis, para substituir aqueles derivados das fontes petroqumicas. esta mudana baseia-se no fato das matrias-primas fsseis serem irrevogavelmente finitas, alm da presso gerada sobre o nosso meio ambiente com o aumento do CO2 oriundo da queima crescente de combustveis fsseis. Com esta linha

de atuao, as indstrias qumicas vem despertando seus interesses para fontes de matrias-primas limpas e renovveis, que possam manter o equilbrio de CO2 no planeta.16

Os carboidratos existem difundidos em todos os seres vivos e so essenciais para a vida.17 Alguns existem praticamente puros, tais como a sacarose, o amido e a celulose, e este ltimo no algodo, na madeira e no papel. eles so os constituintes estruturais de tecidos de plantas (celulose), de alguns animais (quitina em crustceos e insetos) e paredes de celulares de bactrias. Como novos acares biotransformados fazem parte das membranas celulares e do DNA e RNA, que carregam importantes informaes genticas nas clulas, glicoconjugados com uma variedade de produtos naturais, tais como antibiticos, glicolipdios, e glicoprotenas, sendo este dois ltimos responsveis por reter informaes de reconhecimento supramole-cular que formam a base da glicobiologia.

Apesar do papel principal dos carboidratos relacionado com suas diversas funes na bioqumica dos seres vivos, esta classe de substncia tem sido largamente estudada pelos qumicos orgnicos nos seus diversos aspectos estereoqumicos, mecansticos, sintticos e analticos. A biomassa renovvel de carboidratos constituda prin-cipalmente de polissacardeos como a celulose, o amido, a inulina e a hemicelulose que, por sua vez, so constitudos de unidades de menores massas moleculares. Para estes carboidratos utiliza-se o termo genrico monossacardeo, indicando uma nica unidade de acar sem conexes glicosdicas com outras unidades.

Os polissacardeos podem ser utilizados in natura na alimenta-o, produtos txteis, papel, madeira para construo, revestimentos industriais, cosmticos etc. Tambm podem sofrer modificaes nas cadeias polimricas de modo a adapt-los para usos especficos, por exemplo, o rayon e a quitosana, obtidos respectivamente da celulose e a quitina, que mantm as estruturas gerais dos polissacardeos correspondentes. em outro extremo tm-se as substncias orgnicas classificadas como comodities e intermedirios da qumica fina que tm baixas massas moleculares. bem recente o interesse da indstria qumica nas fontes de matrias-primas renovveis,18 cujo desafio transformar essa biomassa em carboidratos menores como dissaca-rdeos (celobiose) ou monossacardeos (glicose, frutose, xilose) e este por sua vez nestas substncias com maior valor agregado.19 Os carboidratos de massas moleculares mais baixas apresentam maiores vantagens que os polissacardeos para a preparao de insumos e intermedirios da qumica fina, pois so de baixo custo e abundantes para usos em escala industrial (esquema 3).

celulose, amido, quitina e quitosana

Os carboidratos podem possuir outras funcionalidades alm dos grupos hidroxilas. Por exemplo, os amino-acares so carboidratos que possuem um grupo hidroxila substitudo por uma amina. Os mais conhecidos destes carboidratos so os polissacardeos quitina e quitosana20,21 (Figura 4) e o monossacardeo D-glicosamina (2-amino-2-desoxi-D-glicose). Uma excelente reviso sobre os derivados

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1

21

D-sacarose2-O-(-D-glicopiranosil)--D-frutofuranose

Ligao glicosdica (1,2)

D-Glicose

D-Frutose

Ligao glicosdica (1 4)

1 4

celulose

amilose


14

)n

(

D-glicose

n


1 4

quitina

n

(Um dos componentes do amido)

N-Acetil-D-glicosilamina

Esquema 2. As principais biomassas de renovveis baseadas em carboi-dratos

Polissacardeos Carboidratos com baixas massas moleculares

Materiais polimricos especiais

Insumos qumicos eintermedirios da qumica fina

Esquema 3. Resumo esquemtico das abordagens para os usos de polissa-cardeos

Potencialidades e oportunidades na qumica da sacarose e outros acares 625Vol. 32, No. 3

hidrossolveis da quitosana e sua aplicaes nas reas farmacuticas foi publicada recentemente por Silva e colaboradores.22

Celulose

A madeira a principal fonte industrial de celulose. ela cons-tituda principalmente pelos seguintes materiais lignocelulsicos: hemicelulose (20 a 25%), celulose (40-50%) e lignina (25 a 30%), alm de componentes inorgnicos (esquema 4). este conjunto de substncias responsvel pelas propriedades mecnicas da madeira. As hemiceluloses so polissacardeos ramificados com baixo grau de polimerizao contendo uma mistura de polmeros de pentoses, como a D-xilose e a l-arabinose e, em menor quantidade as hexoses D-glicose, D-galactose, D-manose e cidos glucurnicos. As hemice-luloses no so cristalinas e encontram-se intercaladas s microfibrilas da celulose dando elasticidade e impedindo que elas se toquem. As hemiceluloses variam nas estruturas e nas composies dependendo da fonte natural.

A celulose encontrada em plantas sob a forma de microfibrilas de 2 a 20 nm de dimetro e entre 100 a 40.000 nm de comprimento, tendo entre 2.000-25.000 de resduos de glicose.23 estas microfi-bras esto em ligaes lineares do tipo -(14) entre unidades de D-glucopiranose e na conformaes 4C1, onde formam agregados supramoleculares estruturalmente bastante resistentes e utilizados nas paredes celulares das plantas.24 Cada resduo de glicose est orientado em 180 em relao ao prximo resduo. As ligaes de hidrognio in-tramoleculares entre O3-hO5, O6hO2 e O6hO3 mantm a rede mais fixa e com caractersticas hidrofbicas. As interaes de van der Waals entre as cadeias polimricas formam zonas com estruturas cristalinas, em sua maioria, bastante ordenadas que no permitem a gua penetrar no seu interior.25 Porm, outras zonas amorfas e secas podem absorver gua e tornar a celulose macia e flexvel. estas liga-es, juntamente com as zonas cristalinas, que alternam com zonas amorfas, correspondem a cerca de dois teros da celulose presente na madeira. Apesar da natureza higroscpica das molculas individuais de celulose, a absoro de molculas de gua s possvel nas zonas amorfas devido falta de espaos vazios na estrutura cristalina. A organizao cristalina da celulose influencia a sua reatividade ao controlar o acesso de substncias qumicas ou enzimas aos grupos funcionais e s ligaes qumicas nas regies cristalinas. As hidroxilas so os grupos mais abundantes na celulose, seguidos pelas ligaes acetal que formam o anel das piranoses.26

Cada espcie de rvore possui fibras de celulose de diferentes morfologias. Devido a isso, esse polissacardeo tem muitas utili-

zaes na fabricao de diversos tipos de papel, e tambm como agente antiaglutinante (anticaking agent), emulsificante, estabilizante, dispersante, espessante, indutor de gelatinizao, entre outros, pois em contato com a gua pode aumentar o volume e a textura, espe-cialmente em cosmticos. A celulose pode ser modificada nas suas hidroxilas e produzir matria com propriedades importantes (ex. triacetato de celulose, nitrocelulose, carboximetil celulose e rayon). O rayon ou viscose uma fibra celulsica semissinttica modificada na hidroxila primria. esta pequena modificao confere um aspecto sedoso e brilhante na fibra celulsica.

No Brasil, a celulose produzida em grande escala a partir do eucalipto por diversas empresas (ex. Aracruz, Jari, Suzano e Votoran-tin) e em 2004 contava com 220 empresas localizadas em 16 estados e 450 municpios, gerando 100.000 empregos, o que torna o pas o maior produtor mundial de celulose de eucalipto.27,28 esta espcie utilizada tem o dobro da produtividade de outras conferas plantadas no Brasil e da maioria das rvores nativas.

Hemiceluloses

As hemiceluloses so polissacardeos que representam um dos componentes da parede celular vegetal e esto intimamente asso-ciadas celulose, definindo as propriedades estruturais na parede celular alm de desempenhar funes na regulao do crescimento e desenvolvimento das plantas. Os xiloglucanos (Xg) e os galac-tomananos so hemiceluloses presentes tanto em parede primria (funo estrutural) como em parede de reserva em sementes de algumas espcies (funo de reserva). Os resultados mostraram que o grau de ramificao e o tamanho da cadeia afetam a interao entre Xg e a celulose. enquanto os graus de galactosilao e fucosilao esto relacionados com a fora de ligao entre os polissacardeos, o tamanho da molcula do Xg afeta a sua capacidade (quantidade) de interao celulose, consequentemente a autointerao.

Amido

o segundo polissacardeo mais abundante. Pode ser encontrado em sementes, razes e fibras de plantas. a fonte de energia, em termos de glicose, mais abundante para os humanos. ele composto basicamente de dois polissacardeos de D-glicose: amilose e amilo-pectina. A diferena entre estes dois polmeros est no encadeamento das unidades glicosdicas. Na amilose a cadeia linear e as ligaes so -(14). Na amilopectina h uma ramificao na hidroxila de C6 com uma ligao -(16). Porm, as ligaes -(14) continuam no polmero. A sua composio varia de acordo com a planta. Por exemplo, o amido da batata difere basicamente do amido do aipim (macaxeira) na relao entre amilose e amilopectina. A maioria dos seres vivos pode utilizar estes polissacardeos como fonte energti-ca, pois possuem enzimas -amilases na saliva e no intestino que quebram a ligao -(14) entre as unidade de glicose. O mesmo no acontece com a celulose. A maioria dos animais no consegue utiliz-la como alimento. A razo est na ligao -(14) que no est presente nos animais superiores. entretanto, cupins conseguem digerir a celulose facilmente, pois tm no seu intestino bactrias sim-biticas que secretam a enzima celulase que faz a hidrlise da ligao -(14). Alguns vertebrados herbvoros tambm conseguem fazer a digesto, pois tm bactrias no estmago que secretam celulase.

Na conformao -(14), mais estvel nos polissacardeos ami-lose, amilopectina e glicognio, as cadeiras ficam rgidas tornando a cadeia curva ao invs de linear, como na celulose. este arranjo produz estruturas compactas e helicoidais produzindo grnulos densos que podem ser visualizados em muitas clulas.

O glicognio o principal polissacardeo de estocagem de energia

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hemicelulose

lignina

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celulose

n

glicose

etanol

NaOH/CS2

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O-Na+S

Rayon

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Esquema 4. Estruturas parciais dos componentes lignocelulsicos e deri-vados


so solveis em solues aquosas diludas de cidos. So mltiplas as suas utilizaes nas indstrias farmacuticas em medicamentos, cosmticos, biomateriais, gis, filmes e membranas polimricas. O desenvolvimento de novas aplicaes para este biopolmero economicamente muito atrativo, pois obtido de fontes renovveis, ou subproduto destas (ex. casca de camaro), alm da sua biode-gradabilidade e biocompatibilidade, principalmente sua atoxidez e capacidade de interagir com diversas substncias.

importante ressaltar as diversidades de atividades biolgicas e fisiolgicas destes dois polissacardeos quando comparadas com outros polissacardeos similares (ex. celulose e amido). A quitina e a quitosana tm moderada ao antimicrobiana provavelmente devido presena dos grupos amino que podem causar aglutinao das clulas dos micro-organismos.32 Ademais, apresentam propriedades imunomoduladora e, consequentemente, promotoras da acelerao da cicatrizao de leses, principalmente devido capacidade de ativao seletiva de macrfagos.33 h alguns outros usos especficos da quitosana que devem ser destacados, como tratamento da obesidade e excesso de colesterol, removedor de metais, floculante, coagulante, bandagens mdicas, queimadura de pele, lentes de contato, umectante para cosmticos, tratamento de papel, papel fotogrfico, membranas para osmose reversa, controle de liberao de agroqumicos, croma-tografia, estabilizante de cor etc.34

No menos importantes so os derivados da quitosana substitudos no grupo amino livre que visam a modificao de diversas proprie-dades fsico-qumicas destes materiais,35,36 sendo a mais importante a solubilidade em gua. Diversos trabalhos publicados relatam que derivados hidroflicos podem ser obtidos com o substituinte carbo-xibutila.37,38 ento, a condensao da quitosana com o cido levul-nico38 ou cloroactico39 em diferentes condies reacionais favorece a formao da N-carboxialquilquitosana com grau de substituio varivel dependendo da metodologia.34,40

Principais dissacardeos

Assim como os polissacardeos citados anteriormente, os dissa-cardeos destacam-se tambm como importantes fontes de biomassas renovveis, destacando-se a D-sacarose, celobiose, lactose e a maltose (esquema 6).

Sacarose

A sacarose, uma substncia conhecida desde o ano 200 a.C.,41,42 o carboidrato de baixa massa molecular mais abundante. produ-zido em larga escala por diversos pases, principalmente para usos alimentares, pois um alimento natural e amplamente utilizado como ingrediente. um dissacardeo no redutor constitudo de dois monossacardeos, D-glicose e D-frutose, que esto ligados entre si atravs dos seus carbonos anomricos. conhecido genericamente

das clulas. Como na amilopectina, o glicognio um homopolmero da D-glicose com ligaes -(14) com ramificaes -(16), mas com um nmero maior de ramificaes (uma ramificao por 8 a 12 resduos de glicose). estas ramificaes tornam o glicognio mais compacto que o amido. ele disseminado nos msculos, mas especialmente abundante no fgado, onde chega a ter 7% do peso deste rgo.

Quitina e quitosana

A D-glicosamina acetilada o constituinte da quitina que o principal componente estrutural (exo-esqueleto) de milhares de insetos (cigarras, baratas etc) e crustceos (siri, camaro etc), mas tambm aparece em mamferos nas glicoprotenas. No reino vegetal ela mais escassa e s ocorre em fungos e algas verdes. em realidade, a quitina e a quitosana (parcialmente desacetilada) so copolmeros constitudos por unidades D-glicosamina e N-acetil-D-glicosamina em propores variveis, sendo que na quitina se tem maior proporo de N-acetil-D-glicosamina.

A quitina dos polissacardeos mais abundantes na natureza constitudo de unidades N-acetil--D-glicosamina com ligaes glicosdicas -(14) formando fibras estendidas.29 Comparando a sua estrutura com a da celulose observa-se a mesma distribuio e arranjos espaciais dos anis pirnicos, porm o grupo hidroxila do C-2 foi substitudo por um grupo N-acetilamino. A quitina tambm no digerida pelos animais vertebrados devido ligao -(14). Duas importantes substncias podem ser obtidas a partir da quitina e que apresentam um enorme potencial econmico: o hidrocloreto da D-glicosamina, que pode ser obtido facilmente da quitina de casca de camaro ou conchas de mariscos por hidrlise cida (hCl concentrado ou h2SO4)30 e, quitosana (esquema 5). Neste aspecto, considera-se este polissacardeo como sendo uma excelente fonte de biomassa renovvel com boas perspectivas de desenvolvimento de novos intermedirios qumicos e produtos de maior valor agregado.

A quitosana um polmero parcialmente desacetilado derivado da quitina (esquema 5), podendo ser obtido por hidrlise do grupo acetila com KOh ou NaOh.31 Para se obter a quitosana diretamente da casca do siri ou camaro so necessrias trs etapas: descalcificao com hCl diludo, desacetilao com soluo de NaOh e descolorao com soluo de KMnO4 e cido oxlico. As suas propriedades fsico-qumicas dependem do grau de desacetilao, podendo ter utilizaes especficas. A solubilidade em gua, viscosidade e o pKa dependem diretamente do nmero mdio de hidroxilas livres.

A quitosana um produto comercialmente disponvel e produ-zido no Brasil, sob a forma de copolmeros que contm ao menos 40-50% de unidades de 2-acetamido-2-desoxi-D-glicopiranose, e que

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KOH ou NaOH (40 a 60%)

nquitina

HCl conc.

Refluxo, 2h 76%

hidrocloreto de 2-amino-2-desoxi-D-glicose

nquitosana

n

R = CH2CO2HN-carboximetilquitosana

R =N-carboxibutilquitosana

i ou ii

i = cido levulnicodepois NaBH4, 95%ii = NaOH, cido monocloroactico, isopropanol/H2O (80%),50 C, >99%

50 -130 oC

Esquema 5. Produtos derivado da quitinaO

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O O

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OH celobiose4-O-(-D-glicopiranosil)-1--D-glicopiranose

lactose4-O-(-D-glicopiranosil)-1--D-galactopiranose

maltose4-O-(-D-glicopiranosil)-1--D-glicopiranose

1

21


Ligao glicosdica (1 2)

D-glicose

D-frutose

Esquema 6. Dissacardeos importantes na biomassa terrestre


com o nome de acar e est distribudo em todo o reino vegetal, sendo o principal carboidrato de reserva de energia e material indispensvel para a dieta humana. Durante sculos, foi o mais abundante composto orgnico produzido de baixa massa molecular. a substncia orgnica cristalina de maior produo mundial tendo duas fontes naturais importantes: beterraba (Beta vulgaris) e cana-de-acar (Sacharum officinarum), esta ltima cultivada em 103 pases sendo responsvel por 60-70% da sua produo.43 A indstria da cana-de-acar tem algumas vantagens, pois no utiliza reagentes txicos ou perigosos. importante ressaltar que a cana-de-acar tem um dos mais eficientes mecanismos fotossintticos para a produo de biomassa que lhe permite fixar entre 2 e 3% da radiao solar. O processo de produo de acar autossuficiente em energia, pois o bagao obtido como subproduto incluindo celulose, hemicelulose e lignina (baixa massa molecular) utilizado como combustvel nas usinas, representando uma economia significativa no uso do petr-leo. O grande desafio atual transformar este bagao em produtos economicamente mais atrativos como, por exemplo, o etanol e assim aumentar sua produo.

A sacarose e a glicose so os principais carboidratos de baixas massas moleculares para a sntese orgnica. No existe um levan-tamento confivel do nmero de processos que foram relatados na literatura a partir da sacarose como matria-prima, porm h cerca de 100 processos tecnicamente viveis que esto sendo utilizados em escala comercial. O seu uso como reagente qumico tem basicamente trs grandes estratgias. A mais comum a transformao radical da sua estrutura por meio de processos qumicos ou fermentativos (biotecnolo-gia).44 Nesta linha, muitos produtos foram obtidos em escala industrial sendo o mais conhecido e de maior escala o etanol.45 este lcool a principal entrada da sacarose na indstria de derivados similares aos obtidos pela indstria petroqumica (exemplo eteno, acetaldedo, ace-tato de etila, anidrido actico, butanol etc). Outras possibilidades so a manuteno da estrutura carbnica com modificaes nas hidroxilas ou isomerizao da ligao glicosdica (esquema 7).

A produo mundial de sacarose entre 2007/2008 foi de cerca de 168 milhes de toneladas46 e continua com perspectivas de cres-cimento. em abril de 2008 o preo mdio atingiu, no mercado dos eUA, o valor de US$ 29,10/t, aproximadamente 29% mais elevado do que o mesmo ms no ano de 2007. No Brasil estima-se a produ-o em 34,1 milhes de toneladas (2007/08), representando 6,6% ou 2 milhes de toneladas, mais do que em 2006/07. As condies atmosfricas favorveis e as elevadas taxas de extrao de acar impulsionaram a produo.

A introduo dos veculos que funcionam com misturas flexveis etanol-gasolina impulsionou a produo de etanol com preos mais vantajosos para o consumidor. estima-se que 56% da produo da sacarose sero transformados em etanol. importante ressaltar que o modelo de produo do etanol a partir da cana-de-acar no pode ser aplicado a todos os pases, principalmente aqueles que tm severas restries aos recursos hdricos.

A demanda por etanol est se tornando uma componente funda-mental do mercado de acar nacional e, portanto, ampliar sua produ-o, sem ampliar a rea plantada um dos desafios tecnolgicos para os prximos anos. Para tanto, so necessrias novas tecnologias que transformem o bagao e as folhas da cana em etanol (combustvel de segunda gerao),47 deixando a sacarose como um produto mais nobre para a alimentao e para a produo de outros derivados de maiores valores agregados. A primeira gerao de etanol tem tecnologias bem estabelecidas para algumas culturas, mas o desenvolvimento de processos relacionados sua produo de segunda gerao utilizando a biomassa de madeira est ainda nas fases iniciais da investigao e desenvolvimento.

h muitos anos o estudo da sacarose como matria-prima para a produo de insumos para a indstria qumica e a produo de novos derivados com maior valor agregado tem despertado o interesse dos pesquisadores e de polticas especficas para este setor. esse ramo da qumica to importante que passou a ser conhecido como su-croqumica, que entendida como o ramo da cincia e da tecnologia cujo objetivo acrescentar ao mercado novas utilizaes da sacarose e seus derivados, seja por processos de transformaes radicais na estrutura carbnica ou por processos que envolvem modificaes nas hidroxilas, conforme resumidas no esquema 8.48 No Brasil ficaram conhecidas as iniciativas de projetos de pesquisa em sucroqumica no Rio de Janeiro49 e Pernambuco.50

historicamente a sacarose foi considerada inicialmente como alimento, e muito posteriormente como um poli-lcool pelos qumi-cos. esses fatos ofuscaram durante muitos anos sua utilizao como matria-prima para a indstria qumica. As duas crises do petrleo, em meados de 1970 e incio de 1980, levaram os pesquisadores procura de novas fontes de produtos qumicos derivados de fontes renovveis que podem ser produzidos em escala industrial. ento, matrias-primas como a sacarose tornaram-se de grande interesse econmico.51

Comparativamente, o baixo custo, a disponibilidade e a pureza fazem com que esta matria-prima, ou alguns de seus derivados, seja extensivamente vantajosa para novos processos industriais. A sua maior desvantagem a fragilidade da ligao glicosdica -(12). Realmente, esta ligao extremamente sensvel a condies cidas. Outra desvantagem apontada por alguns autores sua superfuncio-nalidade, ou seja, um excessivo nmero de hidroxilas (oito) com reatividades similares. entretanto, existem pequenas diferenas de reatividades entre as hidroxilas primrias e secundrias que tm sido exploradas em reaes de acetilao, halogenao, dentre outras.52 Apesar dessas desvantagens, sugeridas por alguns autores, muitos produtos monossubstitudos e polissubstitudos encontram-se no mercado (ex. steres graxos da sacarose).53

Focalizando a linha de transformaes radicais na estrutura carbnica da sacarose, o esquema 8 apresenta um resumo de alguns produtos qumicos de baixa massa molecular que so obtidos em escala industrial por processos qumicos ou fermentativos (aerbicos e anaerbicos). estas substncias podem servir de matrias-primas para a sntese de outros produtos mais elaborados. importante ressaltar que muitos destes intermedirios tambm podem ser obtidos a partir da glicose que, por sua vez, pode ser obtida do amido ou da celulose. Outra matria-prima para a obteno destes produtos o acar inver-tido, mistura equimolecular de glicose e frutose, obtida por hidrlise

O

OHHO

HO

OHO

OHO

HO OH

OH

1

21


D-glicose

D-frutose

ORO

RO OR

OR

O

ORRO

RO

ORO

Intermedirios com baixas massas moleculares etanol, cido oxlico, cido ctrico, etc.

R = alquila, acila, etc.O OR

RO OR

OR

O

ORRO

RO

ORO

Esquema 7. Estratgias para o uso da D-sacarose como reagente qumico


da sacarose. A alternativa no uso de biomassas torna mais atrativa as rotas de obteno destes produtos a partir de carboidratos, pois nem todos os pases produzem sacarose. Na Tabela 1 esto detalhados os tipos de rotas para a obteno destes intermedirios e um breve resumo de suas possveis aplicaes.

steres graxos da sacarose

Dos derivados mencionados acima, os steres de sacarose ou sucrosteres so os mais importantes devido as suas mltiplas aplica-es tecnolgicas e, consequentemente, as grandes possibilidades de usos comerciais. estes steres so obtidos por reao de esterificao direta76 ou transesterificao.77 Os steres graxos da sacarose so muito teis e podem ser obtidos por esterificao direta com cloretos de cidos ou anidridos ou transesterificao a partir de triglicerdeos (lipdios) que representam outro tipo de biomassa abundante. Como os steres derivados de cidos graxos contm dois componentes naturais, esperar-se-ia que pudessem ser utilizados como alimentos. entretanto, h controvrsias especialmente para o caso dos steres com alto grau de substituio. Os steres de sacarose tm boa aceita-o em formulaes cosmticas s suas propriedades emulsificantes e sua inocuidade dermatolgica. Da mesma maneira, eles tm sido utilizados em detergentes biodegradveis, para diversos usos como, por exemplo, na extrao de petrleo derramado no mar.

Suas caractersticas fsico-qumicas dependem do grau de subs-tituio, alm do tamanho e nmero de insaturaes das cadeias, das hidroxilas da sacarose que se traduz atravs do balano entre a hidrofilicidade e a lipofilicidade. Sendo assim, possvel conseguir uma grande variao nas caractersticas emulsificantes dos steres graxos da sacarose, como no caso dos monosteres com cadeias C16-18 que, praticamente insolveis em gua, se comportam como surfactantes no-inicos.78

tabela 1. Substncias obtidas a partir da sacarose por via qumica ou fermentativa

SUBSTNCIA PROCeSSO PRINCIPAl USOcido Oxlico Qumico Decapagem, fotografia, clareamentos.54cido Acrlico Qumico Polmeros, materiais txteis, adesivos, etc.55cido Actico Bioqumico - Clostridum termoaceticum Solvente industrial, cosmticos, alimentao56 cido Ctrico Bioqumico - Aspergillus niger Acidulantecido Itacnico ou cido metileno succnico

Bioqumico - Aspergillus terreus Aglutinante para plsticos, colas, tintas, lubrificantes e revestimentos57,58

cido ltico Bioqumico - Lactobacillus delbrueckii Intermedirio59 cido l-Glutmico Bioqumico - Micrococcus glutamicus Usos em alimentos60cido Tartrico Qumico e Bioqumico

Gluconobacter suboxydansFlavorizante, fotografia, bebidas, ligante quiral61,62

cido Propinico Bioqumico - Rhizopus nigricans IntermedirioAcar Invertido Qumico ou Bioqumico Alimentos63,64Poliacrilato Qumico encapsulamentos e hidrogel65 n-Butanol Bioqumico - Clostridium acetobutylicum Solvente66

Dextranas67 Bioqumico - Leuconostoc mesenteroides Cromatografia, emulsificante, Petrleo68

etanol eteno Bioqumico (Saccharomyces cerevisiae) e Qumico Combustvel e polmeros45,47steres Graxos Qumico De tensoativo atxico substituto de gordura53 steres misto de acetato isobutirato (SAIB)

Qumico emulses em bebidas, cosmticos, fixador69

epxi steres Qumico Resinas70,71Gomas Xantnicas Bioqumico - Xanthomonas campestris Cosmticoshidrogis Qumico/Bioqumico Absorvente72 Poli-acetatos Qumico Adesivos e Vernizes73Sucralose Qumico Adoante Artificial74 Uretanos Qumico Polmeros75

O

OHHO

HO

OHO

OHO

HO OH

OH

D-sacarose

OHetanol

O

OH

O

HO c. oxlico

OH

O

HO O

OH

OH

c. tartrico

OH

Oc. actico

H3C CH3

Oacetona

butanolOH

OH

O

O

HOc. fumrico

OH

O

O

HOc itacnico

OH

Oc. ltico

OH

OH

2,3-butanodiolcido ctrico

c. levulnico

OH

O

O

OH

HO2CCO2H

CO2H

OHOCHO

hidroximetil furfural

OHHO etilenoglicol

Esquema 8. Alguns produtos qumicos com baixas massas moleculares obtidos a partir da sacarose


em termos de atividades farmacolgicas, alguns destes steres mostraram atividade inseticida contra a formiga Atta sexdens.79 Dependendo do tamanho da cadeia, os steres graxos mono, di e trissubstitudos da sacarose so pouco hidrolisados pelas lipases intestinais, logo, muito pouco absorvidos pelo organismo e as bac-trias intestinais.

Dentre os polisteres de cidos graxos o produto comercial Olestra (Procter & Gamble Co) ou Olean (Twin Rivers Technolo-gies) tem recebido ateno especial nos ltimos anos devido sua utilizao em dietas hipocalricas e como depressor do nvel de co-lesterol sanguneo (esquema 9). este polister graxo da sacarose com grau de esterificao superior a seis foi aprovado pelo FDA em 1996 para consumo humano. ele apresenta propriedades fsico-qumicas semelhantes s dos triglicerdeos naturais (gorduras naturais), sendo atualmente utilizado como substituto no calrico de gorduras na fabricao de produtos alimentcios como batatas fritas, biscoitos, pipocas etc. entretanto, h um intenso debate sobre a ao deste de substituto de gordura em alimentos de baixa caloria. Na realidade ainda no est absolutamente provado que este substituto de gordura tem segurana para uma nutrio saudvel, pois muitos estudos mos-traram que causa problemas estomacais e perda de vitamina D. em 2002 a Procter & Gamble Co. introduziu uma famlia de polisteres steres graxos da sacarose no-txicos e, com base em matrias-primas renovveis, denominada de SeFOSe (SeFOSe-1618S, SeFOSe-1618h e SeFOSe-2275), com vasto leque de propriedades de desempenho em uma variedade de aplicaes. So hexa, hepta e octasteres da sacarose com um mnimo de 70%, em peso, do octas-ter. So bons lubrificantes para muitas aplicaes industriais (fluidos para torneamento de metais, lubrificante txtil etc.) porque mantm alto desempenho sem contaminar o meio ambiente.

O acetato - isobutirato da sacarose (SAIB ou Sustane, esquema 9) um aditivo alimentar utilizado como estabilizador em emulses aroma em refrigerantes (emulsificante e444), fixador de fragrncias, umectante de baton, tinturas para cabelos etc. ele tem sido utilizado por mais de 30 anos em muitos pases em bebidas no alcolicas ga-seificadas e no carbonatadas. estudos realizados para esta substncia no detectaram sinais de toxicidade.80,81

Outros sucrosteres interessantes que merecem destaque so os sucrogis.82 estas substncias pertencem famlia dos hidrogis, que so materiais polimricos caracterizados pela alta hidrofilicidade, insolubilidade em gua, biocompatibilidade e biodegradabilidade.83 A hidrofilicidade devido presena de grupos hidroxilas que se ligam com molculas de gua criando, desse modo, uma estrutura de gel. Mais recentemente os hidrogis tm sido associados com argilas de caractersticas lamelares que aumentam seus poderes de absoro de gua.84,85

Os sucrogis superabsorventes so polmeros hidroflicos ligados

que possuem ligaes cruzadas, lineares ou ramificadas com a habili-dade de absorverem grandes quantidades de gua, solues salinas e fisiolgicas. So de grande utilizao na fabricao de muitos mate-riais, como fraldas, absorventes femininos, no solo para a agricultura e horticultura e na medicina,86 em suturas cirrgicas e em sistemas de liberao controlada de frmacos.87,88 Para a preparao dos monmeros, que so utilizados na produo de polmeros contendo a sacarose, h necessidade de proteo das hidroxilas por via qumica ou bioqumica e posteriormente incorporao de uma unidade polimerizvel. No esque-ma 10 esto mostrados steres acrlicos e metacrlicos. Todos quando polimerizados de forma cruzado com outros monmeros fornecem polmeros que absorvem grande quantidade de gua.

teres da Sacarose

Os teres derivados da sacarose so obtidos atravs da substituio de tomo de hidrognio da hidroxila por grupos alquila ou benzila. Algumas propriedades dos compostos resultantes so atraentes de um ponto de vista comercial, mas limitado aos uretanos. entretanto, os derivados octa-alil e octacrotilsacarose so bastante interessantes para a produo de novos materiais polimricos. estes teres derivados da sacarose, assim como o alil amido e a alil celulose, so conhe-cidos desde a dcada de 40.89 eles oferecem boas potencialidades e custo baixo para a preparao de novos materiais. Um dos materiais polimricos mais conhecidos da octa-alilsacarose o carbopol, um polmero cruzado com poliacrlico. So amplamente utilizados nas indstrias farmacutica e cosmtica para espessamento de suspenso e substncias insolveis, estabilizador de emulses, pastas, pomadas, gelias etc. e tm excelente estabilidade trmica e resistncia micro-biana para fungos (esquema 11).

Sucralose

Algumas hidroxilas da sacarose podem ser substitudas por cloro. bem conhecido que as hidroxilas primrias 6 e 6 so facilmente substitudas pela sua reao com trifenilfosfina em tetracloreto de carbono em bom rendimento. este derivado diclorado ainda no foi bem aproveitado, tendo em vista que o mtodo da sua produo no o mais recomendado. J o derivado triclorado nas posies 4, 1e 6,90 conhecido no mercado pelos nomes sucralose ou Splenda

O

OAcO

O

OO

O

O

OO

O O

OAcO

O

O

O

ORRO

RO

ROO

ORO

RO OR

OR

Oacetato isobutirato de sacarose SAIBR =

Olestra ou Olean

R = OAc, octa-acetato da sacarose

Esquema 9. Polisteres da sacarose com expressiva produo industrial

O

ORHO

HO

HOO

OHO

HO OH

OH

R = ,O

OHO

O

,

O

(monmero para polimerizao cruzada)

Esquema 10. Monosteres da sacarose utilizados na preparao de hidro-gis

O

ORRO

RO

RO

O ORO

RO OR

OR

O

OH3CO

H3CO

H3CO

O OO

H3CO OCH3

O

O

OHH3CO

H3CO

H3CO

O OHO

H3CO OCH3

OH

R =R =(octa-O-alilsacarose)(octa-O-crotilsacarose)

Esquema 11. Exemplos de teres da sacarose utilizados em preparaes polimricas


(4,1,6-tricloro- 4,1,6-trideoxigalactofrutose), 600 vezes mais doce que a sacarose, no calrico, anticariognico e estvel em tem-peraturas de cozimento de alimentos.91,92 esta substncia foi liberada pelos rgos de vigilncia sanitria sendo comercializada, inclusive no Brasil, como adoante no calrico.

Isomaltulose e leucrose

Anteriormente foi mostrado que a sacarose pode servir de matria-prima para a produo de diversos intermedirios de baixas massas moleculares por via qumica ou bioqumica. Alternativamente, possvel a manuteno da estrutura carbnica transformando-a em outros dissacardeos isomricos como D-glicosil-D-frutoses. Os cinco possveis ismeros so trivialmente designados como trealulose, tu-ranose, maltulose, leucrose e isomaltulose. Dois destes dissacardeos tm grande potencial de aplicabilidade industrial e j so produzidos industrialmente: isomaltulose e leucrose (esquema 13).

A isomaltulose um dissacardeo comercialmente conhecido como Palatinose ou lylose. este carboidrato um ismero de posio da sacarose sendo encontrado em pequenas quantidades no mel e no caldo de cana-de-acar. produzido por processo fermentativo utilizando diversos micro-organismos produtores da enzima glicosiltransferase que convertem a sacarose -(12) para seu ismero -(16). esta enzima no comercializada, porm existem diversos micro-organismos que a possuem e so capazes de fazer a isomerizao de sacarose para isomaltulose.93 O micro-organismo mais utilizado industrialmente para sua produo a proteobactria Protaminobacter rubrum94,95 tendo uma produo mundial crescente, encontrando-se atualmente na faixa de 60.000 t/ano.12 este dissacardeo utilizado como adoante alternativo, pois pouco calrico e tem baixo potencial cariognico.96 menos doce do que sacarose (cerca de 50%), mas pode ser consumido por pessoas com diabetis.97,98 O seu sabor, aparncia e viscosidade de solues aquosas so semelhantes aos da sacarose. Duas propriedades so muito importantes na isomaltulose: maior estabilidade sob condies cidas, no sendo facilmente hidrolisada e, fermentada em taxas mais baixas quando comparada com acares como a sacarose ou maltose por micro-organismos intestinais. Aps a absoro, a glicose e a frutose de ambos so metabolizadas seguindo as mesmas rotas bioqumicas clssicas. Como a sua hidrlise mais lenta, ela uma fonte energtica mais constante para bebidas e alimentos visando o

controle da obesidade. No geral, as suas propriedades fsico-qumicas permitem a substituio da sacarose na maioria dos alimentos doces e, em alguns casos, com bastantes vantagens.

Como a isomaltulose tem disponibilidade no mercado interna-cional, tambm atraente como matria-prima para a preparao de outros derivados sintticos e, alm disso, como sua ligao glicos-dica mais estvel do que a da sacarose, h novas possibilidades de transformaes qumicas. Algumas transformaes j so conhecidas e esto focadas principalmente na rea da preparao polmeros biodegradveis (esquema 14) explorando a transformao da parte da frutose em glicosdeo do hidroximetilfurfural, sem alterar a parte da glicose. Com o aldedo estrategicamente posicionado no glicosil-hidroximetilfurfural possvel fazer diversas transformaes, tais como steres, amidas e derivados vinlicos para a preparao de novos produtos em escala industrial.99 Os steres derivados de cadeia longa apresentam propriedades tensoativas.100,101 Os derivados vinlicos podem ser teis para preparao de polmeros biodegradveis.102,103

Poliis so derivados de carboidratos reduzidos na carbonila e muitos destes produtos esto em uso no mercado sendo utilizados em uma grande variedade de alimentos, produtos farmacuticos e nutracuticos como, por exemplo, sorbitol, manitol, xilitol, lactitol etc. estes alditis ou poliis exploram algumas propriedades im-portantes para alguns segmentos do mercado de alimentos, como o sinergismo com outros edulcorantes, quantidade mnima de calorias por grama, no promover a crie dentria e no aumentar os nveis de glicose no sangue ou insulina, alm de ter manter o sabor e textura dos carboidratos. Alm estes derivados exibirem doura semelhante sacarose, tm a vantagem de no sofrerem fermentao por ao de bactrias bucais. O sorbitol, produto de reduo da glicose , de longe, o mais popular dentre os alditis, embora s uma pequena parcela da sua produo esteja destinada ao setor alimentcio. A maioria do sorbitol produzido consumi-da pelas indstrias de dentifrcios, pois age como umectante dos cremes dentais (reteno de gua). Alguns alditis so produzidos por processos biotecnolgicos (enzimas e fermentao) como, por exemplo, o xilitol que pode ser obtido atravs de reduo micro-biolgica com Candida gilliermondii.104

Seguindo esta tendncia a isomaltulose foi reduzida por hidro-genao, somente na sua parte frutosdica, fornecendo uma mistura equimolecular de 6-O-(-D-glicopiranosil)-D-sorbitol e 1-O-(-D-glicopiranosil)-D-manitol (esquema 14). esta mistura epimrica comercializada com o nome de Isomalt. A mistura tem sabor similar sacarose e os produtos fabricados (ex. doces, chicletes, chocolates,

O

OHCl

HO

OHO

OCl

HO OH

Cl

O

ClHO

HO

OHO

OCl

HO OH

OH

1

21

1

21

6

6

Sucralose(6,6'-dicloro-6,6'-didesoxiglico-frutose)

Esquema 12. Exemplos de derivados da sacarose seletivamente substitudos por cloro

O

OHHO

HO

OHO

OHO

HO OH

OH

D-sacarose

O

OHHO

HO

OHO O

HO OH

OH

isomaltulose(O--D-glicopiranosil-1 6--frutofuranose)

OH

O

OHHO

HO

OHO

O OH

OHOH

HO

leucrose(O--D-glicopiranosil-1 5--frutopiranose)

Esquema 13. Dois importantes dissacardeos obtidos por isomerizao da sacarose

O

OHHO

HO

OHO O

HO OH

OHOH

O

OHHO

HO

OHO O

CHO

Dowex 50

DMSO, 120 C

O

OHHO

HO

OHO O R

R = CO2H, vinil, CH2NHR, CH=CHR COO-C12H25, COS-C12H25,

O

OH

HOHO

OHO

OH

OH

OH

OHOH

H2, Ni

Isomalt[6-O-(-D-glicopiranosil)-D-sorbitol] e [1-O-(-D-glicopiranosil)-D-manitol]

Esquema 14. Transformao qumica da isomaltulose em derivados fur-nicos e poliol


enfornados, suplementos nutricionais, pastilhas, xaropes etc.) tm a mesma textura e aparncia. O Isomalt, aprovado para uso nestes produtos desde o incio de 1980, um produto comercial verstil e valioso ingrediente de alimentos com teores calricos reduzidos e produtos farmacuticos.

A leucrose foi inicialmente descrita como um subproduto da pro-duo de gomas dextrana a partir da sacarose como matria-prima.105,106 este dissacardeo menos doce do que a sacarose (50-60%).

existem diversos processos enzimticos tecnicamente viveis para a produo de grandes quantidades de leucrose pura.107 este dissacardeo um edulcorante que pode ser usado como agente que evita a formao da placa bacteriana nos dentes. especialmente adequado para diabticos, pois tem uma menor taxa de clivagem da ligao glicosdica em relao sacarose e a maltose e, assim, no produz um aumento do nvel de glicose no sangue.108

D-glicose

A D-glicose um dos carboidratos mais abundantes e, apesar de ser uma das unidades da sacarose, tem o amido como sua princi-pal fonte de produo.100 Cerca de 34% do amido produzido109,110 transformado em glicose. O conhecimento de sua qumica e bioqu-mica so bem desenvolvidos, tendo sua intensificao nas reaes desenvolvidas por emil Fischer que, em 1890, determinou sua configurao relativa com base em converses oxidativas e redutoras e sobre a sntese da glicose a partir da extenso de arabinose por cia-noidrina.111,112 A D-glicose um acar redutor e em soluo aquosa apresenta quatro estruturas cclicas, furanosdicas e piranosdicas cada uma com dois estereoismeros e (epmeros) gerados no carbono hemiacetlico, tambm conhecido como carbono anomrico. A forma -D-glicopiranose a mais abundante em soluo.113

existe uma variedade de insumos industriais que podem ser obtidos a partir da glicose onde muitos deles so utilizados j na sua forma final como, por exemplo, alguns carboidratos (sorbitol, mano-se, sorbose, frutose, dextrinas, entre outros), o glicerol e o glicol ou como intermedirios para obteno de outros como alcois (como etanol), polilcoois, aminocidos, cidos carboxlicos (como cido ctrico, ltico e actico) e at mesmo a vitamina C.113 O esquema 15 apresenta um fluxograma de alguns desses produtos qumicos

obtidos em escala industrial por processos qumicos ou fermentativos (aerbicos e anaerbicos).12,114

Como mencionado anteriormente, o interesse sinttico na D-glicose advm da possibilidade de sua transformao em substncias acclicas, furanosdicas ou piranosdicas.115 Por esses caminhos, um grande nmero de derivados facilmente obtido utilizando-se reaes simples, tais como oxidao, reduo, aminao, cianidao, eterifi-cao, glicosidao, esterificao, isomerizao e epimerizao.109

A D-glicose utilizada em sntese orgnica para a preparao de substncias que tenham cadeias lineares, anis de cinco e seis membros. o nico carboidrato, juntamente com seus derivados, consideravel-mente explorados em sntese orgnica como substratos, auxiliares e catalisadores quirais. Alguns derivados da D-glicose tornaram-se bem conhecidos dos qumicos orgnicos, tais como o diacetondeo da glicose ou simplesmente DAG, a -gluconolactona e o metilglicosdeo-acetal do benzaldedo por serem comercialmente disponveis ou facilmente preparados em laboratrio (esquema 16). Porm, vrias outras peque-nas rotas de transformao da D-glicose em substncias quirais so conhecidas e bastante aplicadas em sntese orgnica.12,116

Dentre os trs derivados da D-glicose citados anteriormente, o DAG continua sendo o mais utilizado. Pode-se dizer que esse o derivado de carboidrato mais utilizado em sntese orgnica, como substrato, auxiliar e catalisador quirais. Seu uso tem sido limitado apenas a aplicaes acadmicas, porm o nmero de citaes sobre sua utilizao continua crescendo. A maioria das citaes encontradas na literatura refere-se aplicao do DAG em sntese de substncias furanosdicas e como auxiliar de quiralidade, aplicado em vrias reaes onde h criao de um ou mais centros quirais.117

Outro derivado da D-glicose muito difundidido a -gluconolactona que um acidulante para alimentos, que pode ser obtida a partir cido glucnico (por diferentes procedimentos)118 sendo obtido a partir da glicose em 97% de rendimento por oxidao do carbono anomrico por via qumica,119 eletroqumica ou fermentativa.120 Sua produo mun-dial atinge cerca de 30.000.000 t/ano ao preo de US$ 0,39/kg. Uma parte desse cido transformada em alguns sais de ampla utilizao em qumica fina, como o gluconato de clcio que apresenta as mais diversas aplicaes no mercado, tais como a de conservantes qumicos para linguias, potencializador anti-histamnico, polidor de metais, pasta de dente etc. J o gluconato de sdio usado na formulao de detergentes, lavagens de garrafas, desoxidao e remoo de pinturas automotivas etc.121 A outra parte transformada em e -lactonas a partir de solues super saturadas a uma temperatura de 30-70 oC.

O interesse no uso de aldonolactonas comercialmente dispon-veis, como substratos quirais em sntese de produtos naturais, tem aumentado consideravelmente.122.123 Dentre suas vrias aplicaes

c. Ctricoc. Lticoc. Itacnico

Lisinac. GlutmicoTriptofano

Butanol

Etanol

Eritritol

D-Glicose

Maltose

Manose Frutose

Manitol

Xarope de frutose

Hexametilfurfural

Gluconatos Glucaratos

Sorbitol

DianidrosorbitolSorbose

steres sorbitnicos

c. 2-ceto-L-gulnico Vitamina C

Glicosdeos Allicos

steres

Poliglicosdeos allicos

Manitol

Produtos deLiquefao Xaropes

cidos Orgnicos Aminocidos

lcoois

Biopoliis

Maltodextrinas

Policarboxilatos

Amido

Ciclodextrinas

Dextrinas

Glicosana

HidrogisProdutos de craqueamento(ex. glicol, glicerol)

steresteres

Esquema 15. Fluxograma de possibilidades de transformaes de amido e glicose

HO OHOH

OHOH

OH

O O

OHHOOH

HO

O OCH3

OHOOH

O

Ph

O

AcOOAc

AcO

O

BnOOBn

BnO

OBn

O

O

OO

O

HO

HO

OH

OH

OHSR

SROH

HO

OH

OH

OH

CO2HOH

HO

OH

OH

O

OHO K

H

O

NN

NPh

O

OHHOOH

OH HN

D-sorbitol, 95%

D-Glicose

-gluconolactona, 80%

70% 70%

65%DAG, 90%

70%

cido glucnico, 97%

arabonato de potssio, 80%

33%, em 3 etapas

59%

Esquema 16. Alguns derivados facilmente obtidos a partir de D-glicose


pode-se selecionar alguns de seus acetondeos lineares, mostrados no esquema 17, que so utilizados na sntese de outros acares124 como, por exemplo, a D-arabinose. importante ressaltar que a -gluconolactona no forma acetondeos cclicos.

D-frutose

A D-frutose um carboidrato largamente usado como adoante em bebidas, uma vez que 1,5 vezes mais doce do que a sacarose. Uma soluo aquosa de D-frutose consiste de uma mistura de quatro tautmeros cclicos, dos quais apenas a -D-piranose apresenta sabor doce temperatura ambiente. este carboidrato pode ser preparado em grandes quantidades, onde o principal mtodo se constitui na isome-rizao da glicose derivada de amido, empregando catlise bsica. Outros mtodos consistem da hidrlise da inulina de alcachofra de Jerusalm (Helianthus tuberosus) e outras espcies vegetais.11

A frutose tem sido incorporada com sucesso a formulaes no preparo de frutas enlatadas, gelias, doces em pasta, bolos, pudins, tabletes, p para bebidas, refrigerantes etc. Seu custo vem sendo re-duzido gradualmente ao longo dos anos como resultado da melhoria nos seus processos de obteno. em 1969 seu custo, na europa, era de US$ 17,6/kg15 enquanto que atualmente negociado por US$ 1,3/kg com uma produo anual de 60.000 toneladas.113

A sua utilizao em produtos que no tenham aplicao alimen-tar muito pequena, o que no chega a ser uma surpresa j que a qumica bsica relacionada a este carboidrato muito pouco desen-volvida quando comparada D-glicose, o que est associado com o equilbrio tautomrico entre as duas formas piranosdicas e as duas furanosdicas, em torno de 50%.125 No entanto, existem vrias reaes a partir da frutose que podem explorar o seu potencial em aplicaes industriais. Dois aspectos devem ser ressaltados: sua transformao mantendo intacto o anel pirnico e transformao em derivados contendo o anel furnico.

A obteno de derivado da frutose em cadeia aberta muito raro. Porm, mantendo o anel pirnico existem mais transformaes desenvolvidas. Dentre estes, destacam-se em sntese orgnica os diacetondeos DAF-1 e DAF-2, os quais tm sido utilizados como auxiliares126,127 e reagentes quirais. Cabe ressaltar que existe um pro-cesso mais econmico para a obteno do DAF-1 tambm a partir da sacarose (esquema 18).128,129 Outros derivados pirnicos com potencial utilidade por serem obtidos por reaes simples e seletivas incluem: monoalil-, 2-cloroetil--frutopiranosdeos, poliacetilado,130,131 ben-zoilado, cetais132 e 1,2-espiro-anelados.133,134

As principais aplicaes da D-frutose fora do contexto alimentar correspondem produo de hidroximetilfurfural (hMF) e cido levulnico.11,19 Os derivados do hMF so intermedirios de elevado potencial industrial, os quais possuem sntese adaptvel para larga escala. Destes, o cido 5-hidroximetilfurico, cido 2,5-dicarbo-xlico, 1,6-diamina e o respectivo 1,6-diol so os intermedirios mais versteis e de elevado potencial industrial, uma vez que so

monmeros de seis carbonos que podem substituir o cido adpico, ou alquildiis, ou hexametilenodiamina na produo de poliamidas e polisteres (esquema 19).

embora seja de grande utilidade, deve-se ressaltar que o hMF ainda no produzido industrialmente uma vez que seu preo de mercado gira em torno de US$ 3200 por tonelada, um valor bastante elevado quando comparado com matrias-primas de uso industrial derivadas do petrleo, como a nafta e etileno (US$ 190-500 por tonelada).113

Recentemente, verificou-se a possibilidade de produo de ener-gia eltrica a partir de carboidratos, dentre eles a D-frutose, utilizando clulas combustveis base de micro-organismos, apresentando-se como uma fonte de energia renovvel a partir de biomassas135 e que futuramente podem se apresentar como uma boa alternativa utili-zao de combustveis fsseis.

D-manitol

O D-Manitol um carboidrato natural encontrado em diversos vegetais como beterraba, cebola, aipo, figo e azeitonas (esquema 20). Tambm est presente em alguns exsudatos de rvores e algas marinhas, dos quais pode ser obtido por meio de extrao com lcool a quente. O man136 obtido da Fraximus ornus (Fam. Oleaceae) pode conter de 60 a 90% deste carboidrato.137 este carboidrato no pode ser considerado como abundante na natureza e sua distribuio taxon-mica limitada. Portanto, sua extrao comercial de fontes naturais no economicamente vivel. entretanto, ele industrialmente obtido a partir da mistura de D-sorbitol e D-manitol (esquema 20), que

O O

OHHOOH

OH

-gluconolactona

O O O O

OO

O

D-arabinose

O O HO OR

OO

O R = HR = CH3

HOOH

OH

OH

CHO

Esquema 17. Alguns intermedirios obtidos da -gluconolactona

O

O O

Me Me

O

O Me

MeOH

O

O O

Me Me

O O

MeMe

OH

O

OHOH

ROOH

OH

O

BzO OBz

OBzOBz

Br

O

OHOH

HN OOH

O

O

HOMe

O

OH

OHOH

O

OHOH

OO

OH

DAF-1

DAF-2

D-frutose

D-sacarose

63%

58%80%

33%

74%

27%

R = Vinil, 49%R= CH2CH2Cl, 90%

31%

Esquema 18. Importantes derivados pirnicos obtidos a partir da frutose

D-frutose

H+

OHO

H

O

OHO

OH

OAg2O

Ba(MnO4)2O

O

H

O

H

Pt/O2

OO

OH

O

HO

Ni/H2, NH3OHO NH2

HMF, 90%

NH2OHNi/H2

OH2N NH2

OHO OH

OOO

H

O

H

O

TsOHPt/H2

93%

33%

100% 75%

100%

75%

89%

O OHHO

HO OH

OH

Esquema 19. Sntese de produtos furnicos obtidos a partir da frutose


obtida pela reduo do acar invertido, uma mistura equimolecular comercial de glicose e frutose derivada da hidrlise da sacarose.

Por ser um poliol altamente verstil e de baixo custo, bastan-te utilizado para os mais diversos fins comerciais e cientficos.138 Algumas destas aplicaes esto resumidas no esquema 21. Na indstria farmacutica, usado como excipiente em comprimidos, especialmente aqueles destinados a dissolverem-se na boca, devido agradvel sensao de doura e frescor mencionados anteriormente. um carboidrato incapaz de ser absorvido no trato gastrointestinal, sendo eliminado com facilidade por filtrao glomerular. Desta forma, o D-manitol encontra aplicao na medicina139 como um diurtico osmtico, sendo utilizado em neuroanestesia e neurorreanimao140 para diminuir o volume e edemas cerebrais em pacientes com trauma-tismo craniano141 e a presso intraocular. um edulcorante bastante atraente do ponto de vista da indstria alimentcia diettica, pois um carboidrato que possui valor calrico reduzido, uma vez que absorvido apenas parcialmente no intestino delgado. O restante metabolizado por bactrias presentes no intestino grosso. Alm disso, a pouca quantidade que absorvida, no depende da insulina para que seja metabolizada.

Do ponto de vista estrutural, o D-manitol possui eixo de simetria C2 e quatro centros estereognicos. essas caractersticas, aliadas ao baixo custo, permitiram que fosse utilizado amplamente na sntese de diversos ligantes quirais com o objetivo de serem aplicados em reaes de catlise assimtrica. A sua utilidade em sntese orgnica ultrapassa em muito apenas este aspecto. Do ponto de vista da sn-tese orgnica, o D-manitol um excelente material de partida para sntese de blocos de construo quiral (chiral building blocks)15 teis

na obteno de diversos compostos enantiomericamente puros e bio-logicamente ativos (esquema 22). No que diz respeito sntese de produtos naturais, o D-manitol j foi extensivamente utilizado para obteno de substncias bastante complexas.

ciclodextrinas (cds)

As ciclodextrinas (CDs) so carboidratos complexos compostos de unidades de glicose (-D-glicopiranose) unidas por ligaes tipo -1,4, com estrutura semelhante a um tronco de cone.142,143 A primeira referncia sobre estas substncias que mais tarde seriam classificadas como ciclodextrinas foi publicada por Villiers em 1891, em um es-tudo sobre a digesto do amido com o Bacillus amylobacter, o qual denominou de celulosina.144 em 1903, Franz Schardinger identificou as ciclodextrinas como produtos resultantes da degradao do amido pela ao da enzima amilase ciclodextrina glicosil transferase (CG-Tase),145 produzida pelo micro-organismo Bacillus macerans, capaz de romper um segmento da hlice do amido e unir as duas pores terminais deste fragmento numa nica molcula cclica.146 Por mo-dificao enzimtica possvel obter ciclizao de seis, sete ou oito unidades de glicose, dando origem , e -CD, respectivamente (esquema 23).147

As CDs mais amplamente empregadas para fins comerciais e cientficos so as , e , formadas por seis, sete e oito unidades

H2, catalisador

OHOHOOH

OH

OH

HO OHOH

OHOH

OH

HO OHOH

OHOH

OH

OHO

OH OHOH

OHD-glicose

D-sacarose

Hidrlisecida

D-frutose

+

D-manitolD-sorbitol

+

O

OHHO

HO

OHO

OHO

HO OH

OH

Esquema 20. Hidrlise da sacarose e reduo mistura sorbitol/manitol

HO OHOH

OHOH

OH

Indstria Farmacutica

MedicinaIndstria Alimentcia

Sntese Orgnica Sntese de substncias biologicamente ativasSntese de Produtos Naturais

Sntese de ligantes quirais

Produtos dietticos

Pastilhas e chicletes

Diurtico osmtico

excipiente em comprimidos e cpsulas

d- manitol

Esquema 21. Algumas aplicaes para o D-manitol

OH

OH

O

O

OH

OH

OO

NH2

NH2O

O

H O

O

O

OO

OH

OHO

O

HO OHOH

OHOH

OH

1) ZnCl2, acetona

2) NahCO3, h2O, NaIO4, Ch2Cl2, t.a.

ZnCl2, acetona

1) ZnCl2, acetona2) MsCl,Ch2Cl2, et3N3) NaN34) h2-Pd/C

1) acetona, h2SO4

2) AcOh 40%d-manitol

Esquema 22. Importantes derivados do D-manitol obtidos em poucas etapas

O

OHHO

OH

O

OOH

HOOHO

OOH

OH

OH

O

OOH

OH

OH

O

OOH

OHHO

O OH

OHHO

O

OOH

HO

HO

O

OOH

OH

HO

O

O

-CD(oito unidades de glicose)

O

OHHO

OH

O

OOH

HOOHO

OOH

OH

OH

O

O

OH OH

OH

OOOH

OH

HOO

O OH

OHHO

O

OOH

HO

HO

O

-CD(sete unidades de glicose)

O

OHHO

OH

O

OOH

HO OHO

OOH

OH

OH

O

OOOH

OH

HO

OOH

OHHO

O

OOH

HO

HO

O

-CD(seis unidades de glicose)

Esquema 23. Estruturas moleculares de , e -ciclodextrinas


de D-glicose, respectivamente (esquema 23).148,149 Basicamente, as ciclodextrinas apresentam este nome genrico por serem formadas por unidades de dextrose, antigo sinnimo de glucose, e a letra grega serve para a diferenciao entre os membros de uma srie homloga. Assim, -, -, -, -, -,... correspondem s ciclodextrinas com 6, 7, 8, 9, 10,... unidades de D-glicopiranose, respectivamente.

No estado natural so molculas rgidas, cristalinas e homogne-as, que oferecem inmeras utilidades em funo do seu tamanho, sua forma e de grupos funcionais livres.150 Sua estrutura fsica foi estabe-lecida, em 1942, por estudos de difrao raios-X151,152 que mostraram que estas molculas anulares possuem as hidroxilas primrias na parte mais estreita do tronco, ao passo que as hidroxilas secundrias encontram-se na sua parte mais larga. As hidroxilas das extremidades tornam as ciclodextrinas solveis em gua, devido possibilidade de formao de ligaes de hidrognio com o solvente. Por outro lado, o interior da cavidade delimitado pelo alinhamento dos hidrognios C(3)-h e C(5)-h e pelo oxignio da ligao ter C(1)-O-C(4), o que lhes confere carter hidrofbico (esquema 24).153

So conhecidas inmeras aplicaes para as CDs na indstria de agroqumicos, fragrncias, alimentcia, farmacutica etc. Porm, uma das propriedades mais importantes a sua capacidade de formar complexos de incluso com uma grande variedade de molculas hspedes (compostos orgnicos ou inorgnicos, de natureza neutra ou inica) em soluo.146,154 estes complexos de incluso vm sendo utilizados em produtos farmacuticos (esquema 25),155 alimentcios e agrcolas. Nesses produtos, as CDs agem principalmente como veculos de solubilizao em gua, porque as substncias apolares esto no interior do cone, e a interao com a gua feita com a parte exterior polar do tronco.156

O conhecimento bsico das ligaes e das catlises enzimticas, associado s propriedades estruturais das CDs (cavidade hidrofbica

de tamanho apropriado, stios para a introduo de grupos catalticos e satisfatria solubilidade em gua), tem levado ao desenvolvimento de modelos simples de enzimas artificiais, numa tentativa de mimetizar reaes biolgicas mais especficas.157,158 Da mesma forma que muitas enzimas utilizam coenzimas para promoverem reaes catalticas especficas, tais grupos podem ser sintetizados e conectados s CDs, criando assim enzimas-coenzimas artificiais nas quais a cavidade hidrofbica atua como o stio ativo da enzima que complexa com o substrato, enquanto a poro funcionalizada age mimetizando uma coenzima. Na literatura,159 existem muitos exemplos destas enzimas-coenzimas artificiais,160,161 como o de ciclodextrinas funcionalizadas com grupos que mimetizam o pirofosfato de tiamina162 (coenzima responsvel pela descarboxilao de -cetocidos), fosfato de pi-ridoxamina163 (coenzima responsvel pela transaminao e outras transformaes de aminocidos), vitamina B12 (coenzima B12)164 e outras.165

As CDs desempenham um importante papel na qumica medicinal no que diz respeito tecnologia de liberao controlada de frmacos, que representa atualmente uma das fronteiras da cincia envolvendo diferentes aspectos multidisciplinares. Os sistemas de liberao, frequentemente descritos como drug delivery systems, oferecem inmeras vantagens quando comparados a outros de dosagem con-vencional, pois estas formulaes alteram substancialmente certos parmetros farmacocinticos como, por exemplo, a meia-vida do frmaco, sua depurao do organismo e seu volume de distribuio. Ademais, a toxicidade de medicamentos tambm drasticamente reduzida com o emprego destas formas.166 Na indstria farmacutica, as CDs so utilizadas principalmente como substncias auxiliares que melhoram a estabilidade, a biodisponibilidade e as propriedades organolpticas, como o sabor e o cheiro, de substncias ativas em formulaes farmacuticas. As CDs podem ser utilizadas para a su-presso de volatilidade, a transformao de compostos lquidos em slidos, mascarar o cheiro desagradvel e o sabor de alguns frmacos, evitar incompatibilidades indesejveis etc. O aumento da solubilidade, dissoluo, taxa de liberao e biodisponibilidade, a modificao da farmacocintica, a modificao da disposio de frmacos, a liberao controlada de frmacos e a terapia dirigida/alvo so tambm algumas das possveis aplicaes de CDs. elas tambm tm sido usadas na reduo de efeitos colaterais de frmacos, na inibio de efeitos cata-lticos (estabilidade qumica e fsica), no aumento da estabilidade na presena da luz, calor e condies de oxidao e, tambm, em anlises cromatogrficas. As CDs vm sendo empregadas com sucesso na administrao e liberao de frmacos por vrias vias e/ou locais de administrao, como oral, vaginal, retal, nasal, oftlmica, pulmonar, drmica e transdrmica.

No entanto, apesar da biocompatilidade das CDs, estas podem mostrar, por exemplo, resistncia ao poder de degradao de enzi-mas humanas. As CDs podem ser txicas dependendo de sua rota de administrao. Quando aplicadas por via intravenosa em humanos so excretadas, inteiramente, pelos rins. Os valores de lD50 para -, - e -CD por administrao intravenosa em ratos so aproxima-damente de 1,0,167 0,79 e mais do que 4,0 g/kg,168 respectivamente. Adicionalmente, em determinadas concentraes, a -CD tem uma grande afinidade com colesterol podendo carre-lo da membrana lipdica de clulas169 e, em concentraes suficientemente altas, pode causar hemlise dos eritrcitos. A administrao parenteral de -CD no possvel devido a sua baixa lipofilicidade, que a faz precipitar como microcristais nos rins, alm do fato de formar complexos com o colesterol que se acumulam nos rins danificando os nfrons. A funcionalizao da -CD pode suavizar este problema.

As associaes de CDs com frmacos aumentam a solubilidade, a biodisponibilidade e ainda a estabilidade do princpio ativo. essa associao pode ainda converter princpios ativos lquidos ou oleosos

O

OHHO HOOH

OHOH

HO

7,9

OH

O

OH

D2

D3

OO

hidroxilas Secundrias

hidroxilas Primrias

Cavidadehidrofbica

o

D1

Esquema 24. Representao esquemtica da estrutura funcional das CDs

CD Frmaco

+

Complexo 1:1frmaco-CD

CD Frmaco

+2

Complexo 1:2frmaco-CD

Esquema 25. Complexos frmaco-ciclodextrinas


em slidos pulverizveis de fcil manipulao e reduzir a evaporao de substncias volteis, odores e sabores fortes.

existem vrios exemplos de complexos frmaco-CDs na indstria farmacutica. Por exemplo, o frmaco Cycloazelon, comercializado pela GeRBRAS, um complexo de incluso, entre a -ciclodextrina (hospedeira) e o cido azelico (cido nonadioico, molcula hspe-de) em uma concentrao de 50%.170 Outro exemplo o complexo -ciclodextrina/piroxicam comercializado pela Farmalab Chiesi Indstrias Farmacuticas, sob o nome de Cicladol. Trata-se de um anti-inflamatrio no-esteroidal altamente hidrossolvel, que absorvido mais rapidamente por administrao oral e retal do que o piroxicam.171

Apesar do grande nmero de complexos frmaco-CDs comer-cializados no mercado farmacutico mundial (Tabela 2), estes ainda tem sido associados apenas a frmacos com baixas massas molecula-res.168,172 No futuro so esperadas novas aplicaes de CDs, mas na qumica medicinal que so esperadas as grandes novidades.

Outro aspecto das aplicaes das CDs que vem ganhando des-taque atualmente envolve seu uso no desenvolvimento de metodo-logias para a remoo do carter txico (destoxificao) de muitos compostos potencialmente agressivos aos sistemas vivos.173 Os hidrocarbonetos clorados so compostos de alta toxicidade, sendo que os que so volteis causam efeitos deletrios sobre a camada de oznio, enquanto os compostos bifenlicos policlorados (PCBs) so reconhecidos pelo seu impacto social sobre a sade humana.174 estudos vm sendo feitos atualmente com o objetivo de se aplicar CDs no desenvolvimento de metodologias que visam a degradao destes compostos.

As CDs formam complexos com uma variedade de compostos utilizados na rea agrcola, tais como herbicidas,175 fungicidas,176 in-seticidas,177 feromnios178 e reguladores de crescimento,179 sendo estes trabalhos de interesse especial devido formao destes complexos de incluso geralmente resultar em melhorias nas propriedades fsico-qumicas dos agroqumicos, tais como o aumento da solubilidade e da biodisponibilidade, o aumento da estabilidade no caso de compostos instveis ou fotodegradveis, a reduo do aroma desagradvel e da toxicidade em sistemas vivos.180,181 As aplicaes potenciais das CDs nesta rea atendem ainda a outras questes importantes, tais como a liberao controlada dos substratos, biodegradabilidade da molcula receptora, possibilidade de efeitos catalticos sobre a degradao de pesticidas e mesmo a solubilidade dos complexos formados em gua, o que deve permitir a fcil remoo dos agroqumicos no solo.

A preparao de cosmticos outra rea na qual se utiliza a com-plexao de molculas com CDs como, por exemplo, na diminuio da volatilidade de perfumes. A estabilizao, o controle do odor e o

aperfeioamento do processo envolvendo a converso de um ingre-diente lquido para a forma slida so os principais benefcios dessas macromolculas neste setor.182 A complexao de triclosan com CDs aumentou a disponibilidade do antimicrobiano na formulao de uma pasta dental.183 A interao de aromas com CDs ainda de especial interesse para a indstria de alimentos184 e no desenvolvimento de produtos txteis aromoterpicos.185

concluso

O Brasil um pas com grande potencial de gerao de diversos tipos de biomassas e, portanto, deve ter programas de pesquisas foca-lizados para o desenvolvimento de tecnologias capazes de utiliz-las para a produo de insumos qumicos bsicos e intermedirios da qumica fina. em se tratando de biomassas baseadas em carboidra-tos as oportunidades so enormes e estas no devem ser encaradas somente como matrias-primas para a produo de combustveis, mas tambm para a fabricao de novos intermedirios qumicos e materiais de maior valor agregado.

No so novas as opinies sobre as preocupaes ambientais, em especial sobre mudanas climticas e sobre o uso de combustveis fsseis, porm recentemente elas aumentaram as presses sobre estes combustveis e materiais oriundos destas fontes. Pode-se dizer que estas presses esto causando uma espcie de revoluo nas agendas polticas dos pases lderes e o Brasil deve encar-la corretamente para poder seguir numa era de melhores condies em termos de sade pblica, riqueza e prosperidade, atravs da explorao racional, sustentvel e ambientalmente aceitvel dos nossos recursos naturais. A implantao de um programa grandioso como o Pr-lcool nos credencia como lderes nesta revoluo. No entanto, devemos faz-lo corretamente, e temos de aprender com os erros, de um sculo de crescimento, que usavam tecnologia baseada em avaliaes econ-micas e sociais incompletas e mopes para alimentar uma sociedade impulsionada pela ganncia e pelo consumismo ao invs da necessi-dade. Os recursos renovveis e a sustentabilidade devem ser questes indissociveis com polticas de valorizao integral da produo.

em outro patamar, preciso que as empresas se conscientizem da importncia desta nova tendncia e invistam em novas tecnolo-gias baseadas em recursos renovveis que sero importantes para o desenvolvimento de negcios sustentveis. Para que as tecnologias advindas destas matrias-primas sejam economicamente viveis so necessrios estudos e a formao de recursos humanos nas reas de biologia, fisiologia, agricultura at o processo qumico, dentre outros. Deste fato resulta que no existe um nico profissional especialista em todas estas diferentes reas e, portanto, o uso das biomassas reno-

tabela 2. Complexos frmaco-CD comerciais disponveis no mercado farmacutico mundial

Complexo Nome Comercial Indicao Companhia/PasPGe2/-CD Prostarmon e Inibidor de parto Ono (Japo)PGe2/-CD Prostavasin Doena arterial oclusiva Ono (Japo)Piroxicam/-CD Cicladol/Brexin Anti-inflamatrio/ Analgsico Masterpharma/Chiesi (Itlia)Iodo/-CD Mena-Gargle Infeco na garganta Kyushin (Japo)Dexametasona, Glyteer/-CD Glymesason Anti-inflamatrio/ Analgsico Fujinaga (Japo)Chloramphenicol/-CD metilada Clorocil Antibitico Oftalder (Portugal)Piroxicam/-CD Flogene Anti-inflamatrio/ Analgsico Ach (Brasil)Nicotina/-CD Nicorette Dependncia em Nicotina Pharmacia Upjohn (Sucia)Omeprazo/-CD Omebeta Antiulceroso Betapharm (Alemanha)Diclofenaco Na/hidrxipropil/-CD Voltaren oftalmico Anti-inflamatrio Novartis (Sua)


vveis tem uma forte atividade de integrao entre qumica, biologia, bioqumica, cincias agrrias, tecnologia ambiental e economia.

agradecimentos

F. C. da Silva e D. R. da Rocha agradecem FAPeRJ e ao CNPq as bolsas de ps-doutorado e doutorado, respectivamente. especial agradecimento ao Projeto Rede-guas da UFF.

reFerncias

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2009 Potencialidades e Oportunidades Na Química Da Sacarose e Outros Açúcares

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