Quantificação de cloreto de 1-hexadecilimidazólio em etapas de purificação de Poli (3-hidroxibutirato)

Abstract

Líquidos iônicos (LIs) são sais orgânicos com ponto de fusão de 100 °C ou menor e compostos somente por íons, com uma série de propriedades diferenciadas que tem gerado o interesse no seu uso como alternativa a solventes tóxicos e nocivos ao meio ambiente em muitas aplicações. Uma delas é a recuperação de biopolímeros biodegradáveis, como os polihidroxialcanoatos (PHAs), do interior das células das bactérias pelas quais são produzidos. Este é o caso do poli(3-hidroxibutirato) [P(3HB)], um dos PHAs mais estudados, cujo método de recuperação mais utilizado industrialmente utiliza como solvente o clorofórmio, composto de alta toxicidade e nocivo ao meio ambiente. Um aspecto importante para aplicação de LIs na recuperação de P(3HB) refere-se a que as metodologias para a sua quantificação em solução são escassas na literatura e se baseiam em métodos custosos como a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Neste contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a quantificação do LI cloreto de 1-hexadecilimidazólio (C16MImCl) em solução por espectrofotometria UV-Vis, assim como avaliar possíveis interações no contato do LI com o biopolímero P(3HB) e diferentes solventes para a remoção de LI através de lavagens. Para tanto, realizou-se varreduras, em espectrofotômetro, em comprimentos de onda entre 190 e 300 nm, visto que o pico do anel imidazólico se dá próximo a 210 nm, para definição dos picos característicos dos componentes contidos nas soluções de água-LI. Para os três picos identificados, realizou-se construção de curva padrão para verificação de linearidade entre absorbância e concentração para as concentrações entre 1 e 2,5 mg/L e entre 10 e 120 mg/L. Também se avaliou a estabilidade das amostras ao longo do tempo em 48 e 96 h, assim como influência da temperatura e da agitação das amostras prévia a medição sobre as absorbâncias medidas. Para avaliação das interações entre líquido iônico e P(3HB), realizou-se o contato sob agitação magnética entre a solução de LI, nas concentrações de 1 mg/mL e 100 mg/mL, e o biopolímero a 30 °C, por 24 h. Posteriormente realizou-se a lavagem do polímero com água Milli-Q, etanol ou metanol. A partir dos experimentos, foi possível constatar alta linearidade para a faixa de concentração entre 10 e 100 mg/L para o comprimento de onda de 212 nm em água Milli-Q, R² de 0,9961, e baixa influência da temperatura, agitação e tempo na absorbância, indicando alta estabilidade das amostras. Para os testes de contato das soluções de LI com o biopolímero, as lavagens sucessivas com todos os solventes testados se mostraram efetivas na remoção do LI, com diminuição superior a 90% para a concentração de 1 mg/mL e superiores a 80% para as de 100 mg/mL. Entretanto, ainda é necessário aumentar a pureza do P(3HB) obtido para sua utilização. Além disso, novos testes são necessários para a elucidação da possível influência do LI na análise de pureza do P(3HB).

Ionic Liquids (ILs) are organic salts with a melting point of 100 °C or below and composed solely of ions, possessing a range of distinctive properties that have sparked interest in their use as alternatives to toxic and environmentally harmful solvents in many applications. One such application is the recovery of biodegradable biopolymers, such as polyhydroxyalkanoates (PHAs), from within bacterial cells where they are produced. This is the case for poly(3- hydroxybutyrate) [P(3HB)], one of the most studied PHAs, wherein the most used industrial recovery method employs chloroform as a solvent, which is highly toxic and environmentally harmful. An important aspect of applying ILs to P(3HB) recovery involves the scarcity of methodologies in the literature for its quantification in solution, relying on costly methods like high-performance liquid chromatography (HPLC). In this context, the aim of this study was to evaluate the quantification of the 1-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride (C16MImCl) IL in solution using UV-Vis spectrophotometry, as well as to assess potential interactions when the IL comes into contact with the P(3HB) biopolymer. To achieve this, scans were conducted with a spectrophotometer at wavelengths ranging from 190 to 300 nm, since the imidazolium ring peak is close to 210 nm, to identify characteristic peaks of the components in the water-IL solutions For the three identified peaks, standard curves were constructed to verify linearity between absorbance and concentration within the ranges of 1 to 2.5 mg/L and 10 to 120 mg/L. The stability of the samples was also evaluated over 48 and 96 h, along with the influence of temperature and sample agitation prior to measurement on the measured absorbances. For the assessment of interactions between the IL and P(3HB), contact was established under magnetic stirring between IL solutions at concentrations of 1 mg/mL and 100 mg/mL, and the biopolymer at 30 °C for 24 h. Subsequently, the polymer was washed with Milli-Q water, ethanol, or methanol. From the experiments, it was observed that high linearity was achieved within the concentration range of 10 to 100 mg/L at a wavelength of 212 nm in Milli-Q water, with an R² value of 0.9961. The temperature, agitation, and time exhibited low influence on absorbance, indicating high sample stability. In the tests involving contact between IL solutions and the biopolymer, successive washes with all tested solvents effectively removed the IL, with reductions exceeding 90% for the 1 mg/mL concentration and over 80% for the 100 mg/mL concentrations. However, it is still necessary to increase the purity of the obtained P(3HB) for its utilization. Furthermore, new tests are needed to elucidate the possible influence of LI on the P(3HB) purity analysis