Estudo teórico-experimental de complexo metálico de amilopectina

Abstract

Polímeros com funções quelantes têm sido amplamente encontrados no campo de separação e recuperação de íons metálicos de efluentes, sendo também utilizados na área de cosmetologia. O polímero utilizado neste trabalho foi obtido pela solubilização do Amidex 40003, amido geneticamente modificado contendo majoritariamente amilopectina, utilizando a mistura dimetilsulfóxido (DMSO)/H2O 90/10% v/v como solvente. O objetivo foi a formação de complexos de amilopectina com os íons metálicos Cr3+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Co2+ e Pb2+ nas formas de sais de acetato, nitrato e cloreto. O estudo buscou a otimização de alguns fatores considerados importantes para a obtenção de melhores rendimentos de reação, realizados através de um planejamento fatorial completo 23, nos quais as variáveis estudadas foram temperatura, tempo e massa do sal. Além disso, foram realizadas análises de pH, condutividade, infravermelho (FT-IR), UV-Visível (UV-Vis) e termogravimetria (TGA) para a comprovação dos complexos formados e para o estudo aprofundado das mudanças ocorridas nas características do polímero. O estudo também compreendeu a realização de cálculos ab initio utilizando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) com o intuito de entender a conformação da amilopectina no vácuo e em solvente implícito, obter um espectro vibracional teórico da amilopectina a fim de comparação com aquele obtido experimentalmente e, através do cálculo de cargas parciais, verificar os potenciais sítios de coordenação da amilopectina na complexação com o metal. Na primeira etapa experimental do trabalho foi verificado através do cálculo do efeito das variáveis que os fatores tempo e massa do sal devem ser mantidas no nível superior (+) e o fator temperatura deve ser mantido no nível inferior (-). As análises de pH, condutividade, FT-IR, UV-Vis e TGA evidenciaram a formação dos complexos devido às mudanças observadas antes e após a complexação. O estudo conformacional teórico da amilopectina revelou a importância dos efeitos estereoeletrônicos e a influência do conjunto de base utilizado no cálculo. O cálculo das cargas parciais mostrou que os prováveis sítios de coordenação da amilopectina são os oxigênios ligados ao C2 e C3, corroborando com dados da literatura. O espectro vibracional teórico apresentou resultados correlacionáveis com aqueles encontrados experimentalmente.

Polymers with chelating functions have been widely found in the field of separation and recovery of metal ions from wastewater and are also used in the cosmetology area. The polymer used in this work was the Amidex 40003, a genetically modified starch containing mostly amylopectin, using the mixture dimethylsulfoxide (DMSO)/H2O 90/10% v/v as solvent. The purpose was the formation of amylopectin complexes with Cr3+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Co2+ and Pb2+ metal ions in the form of acetate, nitrate and chloride salts. The study sought to optimize some factors considered important for obtaining better reaction yields, carried out through a 23 full factorial design, which the variables studied were temperature, time and mass of salt. In addition, analysis of pH, conductivity, infrared (FT-IR), UV-Visible (UV-Vis) and thermogravimetry (TGA) were performed to prove the complexes formed and for detailed study of the changes in the polymer characteristics. The study also included the achievement of ab initio calculations using Density Functional Theory (DFT) in order to understand the amylopectin conformation in vacuum and implicit solvent, get a theoretical vibrational spectrum of amylopectin in order to compare with the one experimentally obtained and, through the partial charges calculation, check the potential amylopectin coordination sites in the complexation with the metal ion. In the first step of the experimental work was verified by variables effect calculations that time and mass of salt variables should be maintained at the higher level (+) and the temperature variable should be maintained at the lower level (-). Analysis of pH, conductivity, FT-IR, UV-Vis and TGA proved the complexes formation due to the changes observed before and after complexation. The theoretical conformational study of amylopectin showed the significance of stereo electronics effects and the influence of the basis set used in the calculation. Partial charges calculation showed that the probable amylopectin coordination sites are the oxygen atoms connected to C2 and C3, confirming literature data. The theoretical vibrational spectrum presented results comparable with those experimentally found.