Transformação de Produtos Naturais para o Desenvolvimento de Bioplastificantes e Materiais Fotossensíveis

Abstract

Os plásticos são polímeros orgânicos de alta massa molecular cuja massiva utilização os tornou um enorme problema ambiental. Adicionalmente, para permitir a sua fácil moldagem e amplificar as suas aplicações, incluindo dispositivos médicos, no processo de síntese foram adicionados aditivos, designados por plastificantes, que aumentaram a sua toxicidade. De entre os mais utilizados salientamos os ftalatos que atualmente está bem demonstrado que são prejudiciais tanto para a saúde humana como para o ambiente. Com base nesta problemática, neste trabalho realizámos estudos de otimização da utilização curcumina e seus derivados como potenciais bioplastificantes de policloreto de vinilo (PVC). Estes derivados de curcumina quando incorporados na estrutura do PVC podem, não só, modular a sua plasticidade, mas também potenciar propriedades antimicrobianas por ação da luz.No capítulo 1, é feita uma revisão da literatura focada no tema do trabalho, partindo da evolução histórica dos métodos de síntese de PVC e da aplicação dos plastificantes. É ainda apresentada uma revisão da literatura sobre a estrutura e propriedades de bioplastificantes, evidenciando as propriedades da curcumina como plastificante e fotossensibilizador para a fotoinactivação de microorganismos. No capítulo 2, são abordados os métodos de síntese dos derivados de curcumina e respetivas caraterizações estruturais - espectroscopia de ressonância magnética nuclear, espectrometria de massa, emissão por fluorescência, entre outros. São também abordados métodos de síntese de duas famílias de derivados da curcumina que incluem a transformação dos grupos fenol nos respetivos éteres e ésteres. Nos derivados da curcumina eterificados ocorreu alguma falta de seletividade e por isso após isolamento obteve-se o derivado di-éter com 10 átomos de carbono, 4, com um rendimento de produto isolado de apenas 22%. Pelo contrário, a síntese de derivados esterificados dissubstituídos a partir de cloretos de ácido de ácidos gordos, incluindo os de óleos usados hidrogenados, permitiu obter para o composto 8 50% de rendimento isolado, e para os compostos 5 e 6 com rendimentos de 81% e 82%, respetivamente.No capítulo 3, é explorado e analisado a incorporação dos derivados de curcumina, sintetizados no capítulo 2, em filmes de PVC (sem plastificante). Para avaliar o efeito da estrutura da curcumina como bioplastificante dos novos materiais foram preparados filmes com diferentes percentagens mássicas e com espessuras e texturas uniformes e pré-determinadas, recorrendo ao método de Doctor-Blade. Estes materiais sólidos foram caracterizados estruturalmente através de calorimetria diferencial de varrimento, análise termogravimétrica, espetroscopia de ultravioleta-visível e tensão mecânica.São também apresentados estudos preliminares de avaliação/demonstração das propriedades destes materiais na fotoinativação de uma estirpe da bactéria S. aureus (ATCC 29213) tendo-se obtido uma redução de 7 log10 CFU/mL.No capítulo 4, são detalhadas as técnicas bem como os procedimentos experimentais empregues, incluindo a completa caracterização dos derivados de curcumina e materiais derivados de PVC, sintetizados/preparados no decorrer do trabalho.

Plastics are high molecular weight organic polymers whose massive use has made them a huge environmental problem. Additionally, to allow their easy handling and to expand their applications, such as medical devices, some additives, named plasticizers, have been added to plastics synthetic process, increasing their toxicity and environmental impact. which are now well known to be harmful to both human health and the environment. Aiming to contribute to solve this problem, we performed studies to optimize the use of curcumin and its derivatives as potential bioplasticizers for polyvinyl chloride (PVC) in this work. These curcumin derivatives, when incorporated into the structure of PVC, not only modulate its plasticity, but also add antimicrobial properties, by the action of light.In chapter 1, a review of the literature focused on the topics discussed in this work, starting with the historical evolution of PVC synthetic methods and the application of plasticizers. A literature review on the structure and properties of bioplasticizers is also presented, highlighting the properties of curcumin as a plasticizer and as photosensitizer for photoinactivation of microorganisms. Chapter 2 discusses the synthesis methods for curcumin derivatives and their structural characterizations - nuclear magnetic resonance spectroscopy, mass spectrometry, fluorescence emission, among others. Methods for the synthesis of two families of curcumin derivatives that include the transformation of phenol groups into their respective ethers and esters are described. In the etherified curcumin derivatives, some lack of selectivity occurred and therefore, after isolation, the di-ether derivative with 10 carbon atoms, 4, was obtained, with an isolated product yield of only 22%. In contrast, the synthesis of disubstituted esterified derivatives from acid chlorides of fatty acids, including those from hydrogenated used oils, yielded compound 8 with a 50% isolated yield, and compounds 5 and 6 with yields of 81% and 82%, respectively.In chapter 3, the incorporation of the curcumin derivatives, synthesized in chapter 2, into PVC films (without plasticizer) is explored and analyzed. To evaluate the effect of the curcumin structure as a bioplasticizer in the new materials, films with different mass percentages and with uniform and predetermined thicknesses and textures were prepared, using the Doctor-Blade method. These solid materials were structurally characterized by differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, ultraviolet-visible spectroscopy, and mechanical stress. Preliminary studies were also performed to evaluate/demonstrate the properties of these materials in the photoinactivation of a strain of S. aureus (ATCC 29213), obtaining a reduction of 7 log10 CFU/mL.In chapter 4, the techniques and experimental procedures employed are detailed, including the complete characterization of the curcumin derivatives and PVC derived materials synthesized/prepared in the course of the work.