CARACTERIZAÇÃO DA BASE DE SCHIFF BIOPOLIMERICA DE QUITOSANA/GOMA DO CAJUEIRO ALDEIDO FUNCIONALIZADA. Maria Alexsandra Tomaz, Guilherme A. M. Jr., Regina C. M. Paula, Jeanny da S. Maciel * Laboratório de Polímeros,Departamento de Química Orgânica e Inorgânica, Universidade Federal do Ceará C. Postal 12.200, 60.455-760, Fortaleza -CE Brasil- * jeanny@dqoi.ufc.br; rpaula@.dqoi.ufc.br; alexsandra_tomaz@yahoo.com.br; guilhermeaugustom@yahoo.com.br Characterization of the biopolimeric Schiff bases of chitosan and aldehydes functionalised cashew gum Aldehyde functionalized cashew gum derivatives were synthesized by reaction with sodium periodate. The samples were characterized by FTIR, GPC and degree of oxidation (DO). Degrees of oxidation ranging from 1 to 9.5% were obtained. Spheres of oxidized cashew gum (CGOX) and chitosan (CH) were obtained by Schiff bases reaction. The spheres were characterized by SEM, FTIR and swelling behavior. The decrease of 1570 cm -1 FTIR band, stability at ph 1.2 and roughness of the spheres indicate that CH/CGOX particles were formed by Schiff base reaction. Introdução Sistemas de liberação a base de polímeros vem sendo proposto para várias aplicações na área de alimentos, terapêutica e agricultura 1. Polímeros naturais como a quitosana e colágeno têm sido investigados em aplicações biomédicas. A boa biocompatibilidade, a degradação com formação de produtos não-tóxicos e excretáveis são o principal atrativo de biopolímeros como quitosana e colágeno, para aplicação em sistema de liberação de fármacos 2. No entanto, vários biopolímeros, especialmente a classe dos polissacarídeos, têm desvantagens inerentes, tais como pobres propriedades mecânicas, absorção de água não controlável, e contaminação microbiana 3. Para superar esses problemas matrizes modificadas por reticulação química e formação de redes interpenetradas (géis do tipo IPN) com outros polímeros vem sendo desenvolvida 4-6. Agentes reticulantes frequentemente utilizados na reticulação de colágeno e quitosana são glutaraldeído e formaldeído, entre outros. No entanto a presença de resíduos de agentes reticulantes pode ocasionar efeitos tóxicos laterais. Além disso, as reações entre a droga e o agente reticulante pode resultar na formação de derivados tóxicos ou inativos 7. Diante desse fato, reticulantes naturais tais como, açúcares ou derivados têm sido proposto para reticulação de quitosana e colágeno 8-10. Dentro desses agentes reticulantes encontram-se a genipina, substância extraída da fruta do jenipapo (Gardênia jasminoide). Genipina forma ligações covalentes com grupos ε-amina contidos em polímeros, formando uma ponte entre duas cadeias 11-12. Outro tipo de modificação também bastante interessante para aplicações biomédicas ou farmacêuticas é a formação da base de Schiff de polissacarídeos aminados, como a quitosana, com
polissacarídeos aldeído funcionalizado. Polissacarídeos oxidados como escleroglucana 13 e PEG 14 reagem com quitosana para formar hidrogéis. A oxidação de polissacarídeos com periodato de sódio tem sido proposta para obtenção de derivados aldeídicos de goma guar 15, dextrana 2 e alginato 16. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho é a modificação da goma do cajueiro por oxidação com periodato de sódio para obtenção de derivados aldeídos funcionalizados e interação desses derivados com quitosana via formação de Base de Schiff biopolimérica. Experimental Reação de oxidação A reação de oxidação parcial da goma do cajueiro foi realizada por modificação do método descrito por Stokke e col. [1995] 17 para escleroglucana e Dawlee e col. [2005] 18 para sulfato de condroitina. Goma do cajueiro (1g) foi suspensa em água e deixada sob agitação por 2 h, após completa dissolução, álcool n-propílico e NaIO 4 foram adicionados para obtenção de diferentes razões em mol polissacarídeo/periodato de sódio. A mistura reacional foi deixada por 6 h à temperatura ambiente e em seguida dialisada contra água destilada até ausência de álcool n- propílico e então liofilizada. A concentração de ácido fórmico formado durante a reação de oxidação foi determinada por titulação com NaOH 0,018 moles/l. A distribuição de massa dos derivados foi analisada por cromatografia de permeação em gel (GPC) utilizando equipamento Shimadzu com coluna Ultrahydrogel linear (7,8 x 300 mm), fluxo 0,5 ml/min e detector de índice de refração (RID 6A). Preparação das esferas de Quitosana/Goma do cajueiro oxidada Foram feitas as esferas de quitosana por gotejamento, utilizando uma seringa hipodérmica de uma solução de quitosana 2% m/v (ácido acético 1% v/v) em NaOH 0,25 M. As esferas foram deixadas em repouso na solução de NaOH por 24 h, em seguida foram filtradas e lavadas com água destilada até ph 7. As esferas de quitosana foram adicionadas à solução de goma do cajueiro oxidada 1% m/v em água destilada com o ph ajustado para 7,0 na razão de 3:2 NH 2 :CHO. A mistura foi deixada sob agitação por 24 h, em seguida lavada com água destilada para retirar o excesso de GCOX da superfície. As esferas de QT e QT/GCOX foram suspensa (1% m/v) em HCl 0,1M separadamente por 2 h para verificar a solubilidade da base de Schiff GCOX/QT neste meio.
Espectroscopia na região do infravermelho Os espectros foram obtidos em espectrofotômetro modelo Shimadzu 8300 utilizando pastilhas de KBr. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) A observação da superfície das esferas de QT e QT/GCOX, após secagem, foi realizada utilizando-se um equipamento de microscopia eletrônica de varredura (MEV) PHILIPES HOLANDA XL30 montadas em suporte de metal e revestidas com carbono. Ensaio de intumescimento A variação do diâmetro das esferas com o intumescimento foi acompanhada por microscopia ótica (microscópio ótico Olympus CH30) em intervalos de 10 min por duas horas em ph 1,2 e seguido por mais duas horas em ph 7,4. Resultados e Discussão Reação de Oxidação com periodato de sódio (NaIO 4 ) Foram obtidos derivados da goma do cajueiro com 1,0 a 9,5 % de unidades oxidadas a medida que a razão [NaIO 4 ]/GC unid. glicosidica aumenta (Figura 1). A analise da distribuição de massa por GPC (cromatografia de permeação em gel) mostrou que não ocorreu diminuição da massa molar dos derivados em relação ao polissacarídeo não-modificado, indicando que não houve degradação do polímero durante a reação. 11 10 9 8 7 % oxidação 6 5 4 3 2 1 0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 [NaIO 4 ]/GC (unidades glicosidicas) Figura 1. Relação entre a percentagem de oxidação e a razão periodato/unidades glicosídicas da goma do cajueiro (GC). Espectroscopia na região do infravermelho O espectro de GCOX (Figure 2) com 9,5% de unidades oxidadas mostra no espectro na região do infravermelho absorções de baixa intensidade em 1736 cm -1 oxidação da GC. (νc=o), indicando a
2,0 Absorbância 1,5 1,0 0,5 1736 GCOX9,5 GC 0,0 0,5 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 número de onda (cm -1 ) Figura 2. Espectros na região do infravermelho da goma do cajueiro nativa e goma modificada por oxidação com periodato de sódio (GCOX9,5). Caracterização da base de Schiff QT/GCOX (goma do cajueiro aldeído funcionalizada) Observou-se após a interação QT/GCOX9,5 que as esferas apresentam uma mudança de coloração de amarelo para marrom, o que pode ser uma evidência macroscópica da modificação superficial. Espectroscopia na região do infravermelho A Figura 3 mostra os espectros na região do infravermelho de esferas de quitosana (QT) e quitosana/goma do cajueiro oxidada (GCOX). Observam-se as seguintes absorções para as esferas apenas de quitosana (QT), 1653 e 1570 cm -1 correspondente às vibrações do grupo amida I (C=O) e da ligação N-H de amina respectivamente. Nas esferas de QT/GCOX observa-se que a absorção em 1570 cm -1 diminui o que indica a formação de ligação C=N entre os grupamentos CHO da GCOX e NH 2 da QT. QT/GCOX9,5 Absorbância 1570 QT esfera 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 número de onda (cm -1 ) Figura 3. Espectros na região do infravermelho esferas de quitosana e quitosana/goma do cajueiro oxidada (GCOX9,5).
Microscopia eletrônica de varredura Observou-se que as esferas de QT/GCOX9,5 (Figura 4B) apresentam superfície mais rugosa que as esferas preparadas apenas com QT (Figura 4A), o que pode ser conseqüência da formação de uma camada de GCOX9,5 sob a superfície das esferas de quitosana. A B Figura 4. Micrografias das esferas: A- QT e B-QT/GCOX9,5 Ensaio de intumescimento As esferas de QT e QT/GCOX9,5 foram testadas quanto à solubilidade em meio ácido (ph 1,2) e observou-se que nas condições testadas (suspensão de 1% m/v de esferas em HCl 0,1 M por 24 h) as esferas de QT/GCOX9,5 não se dissolvem, enquanto que as esferas de QT, sem interação com a solução de GCOX, dissolvem neste ph em menos de 10 min. O ensaio de intumescimento foi realizado em meio ácido (ph 1,2) e em meio básico (ph 7,4). A variação do diâmetro normalizado com o tempo mostra que a amostra intumesce pouco, com uma razão máxima de diâmetro no tempo t por diâmetro no tempo zero (seca) de 1,2. Observou-se que no intumescimento seqüenciado a amostra perde água quando retirada da solução com ph 1,2 e adicionada em meio básico (ph 7,4), permanecendo sem intumescer por todo o período de 2 h no último ph. Os dados obtidos indicam que a protonação e desprotonação dos grupamentos NH 2 livres são ainda os fatores determinantes no intumescimento, o que indica baixo grau de reticulação C=N, entre NH 2 da quitosana e CHO da GCOX. Conclusões A goma do cajueiro foi oxidada usando periodato de sódio para obter o polissacarídeo aldeído funcionalizado o qual pode ser usado para reticulação com grupamentos amina da quitosana via a reação de base de Schiff. Nas condições reacionais de oxidação não se observou diminuição da massa molar do polissacarídeo, a oxidação foi constatada pelo aparecimento de nova absorção em 1736 cm -1 ((νc=o). O modificado com maior percentagem de oxidação (9,5%) reage com quitosana para formação da base de Schiff na razão de 3:2 de NH 2 :CHO, sendo observada pela diminuição da absorção em 1570 cm -1 (δn-h) na região do infravermelho. As esferas de quitosana/gcox são insolúveis em meio ácido e apresentam superfície mais rugosa que as de
quitosana, indicando a interação dos polissacarídeos por formação de uma camada externa de GCOX. Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer a Rede de Nanoglicobiotec (CNPq) e CAPES pelo apoio financeiro. Referências Bibliográficas 1. K. H. Bouhadir; E. Alsberg; D. J. Mooney Biomaterials 2001, 22, 2625. 2. H. Wu; Z. Zhang; D. Wu; H. Zhao; K. Hou J. Biomed. Res. Part B: Biomater. 2006, 78B, 56. 3. S. G. Kumbar; K. S. Soppimath; T. M. Aminabhavi J. Appl. Polym. Sci. 2003, 87, 1525. 4. N. Isklan J. Appl. Polym. Sci. 2006, 99, 1310. 5. S. G. Kumbar; T.M.Aminabhavi J. Appl. Polym. Sci. 2002, 84, 552. 6. S. G. Kumbar; K. S. Soppimath; T. M. Aminabhavi J. Appl. Polym. Sci. 2003, 87, 1525. 7. R. Cortesia; E. Espositoa; M. Ostia; Squarzonia G.; E. Menegattia; S.S. Davisb; C. Nastruzzia Eur. J. Pharm Biopharm 1999, 47, 153. 8. Y. Yuan; B. M. Chesnutt; G. Utturkar; W. O. Haggard; Y. Yang; J. L. Ong; J. D. Bumgardner Carbohydr. Polym. 2007, 68, 561. 9. S-C Chen; Y-C. Wu; F-L Mi; Y-H. Lin; L-C Yu, H-W. Sung J. Controlled Release 2004, 96, 285. 10. H- C. Liang; W- H. Chang; K. J. Lin; H-S. Sung J. Biom. Mater. Res. A 2003, 65A, 271. 11. M. F. Butler; Y- F. Ng, P. D. A. Pudney J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2003, 41, 3941. 12. F. L. Mi; S. S. Shyu; C-K. Peng J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2005, 43, 1985. 13. V. Crescenzi; D. Embriaco; C. L. Velásquez; M. Dentini; A. Ceferri Macromol. Chem. Phys. 1995, 196, 2873. 14. A. Dal Pozzo; L. Vanini; M. Fagnoni; M. Guerrini; De Benedittis; R. Muzzarelli. Carbohydr. Polym. 2000, 42, 201. 15. A.J. Varma; S.P Kokane; G. Pathak; S.P Pradhan Carbohydr. Polym. 1997, 32, 111. 16. C. G. Gómez; M. Rinaudo; M. A. Villar Carbohydr. Polym. 2007, 67, 296. 17. B. T. Stokke; A. Elgsaeter; O. Smidsod; B. E. Christensen Carbohydr. Polym. 1995, 27, 5. 18. S. Dawlee; A. Sugandhi; B. Balakrishnan; D. Labarre; A. Jayakrishnan Biomacromol 2005, 6, 2040.