Prospecção de inibidores de ureases promissores para otimização de fertilizante nitrogenado.
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
Título alternativo
Prospection of promising urease inhibitors for the optimization of a nitrogen fertilizer.
Primeiro orientador
Membros da banca
André Augusto Gomes Faraco
Cristiane Jovelina da Silva
Cristiane Jovelina da Silva
Resumo
A ureia é o fertilizante nitrogenado mais utilizado na agricultura. Porém, perdas por volatilização da amônia, decorrentes da ação da enzima urease, acarretam problemas econômicos e ambientais. Uma das estratégias para prevenir essa perda é a utilização de inibidores da urease, sendo o N-(butil) tiofosfórica triamida (NBPT) o inibidor mais utilizado comercialmente. No entanto, o NBPT apresenta limitações importantes, como baixa estabilidade em temperaturas elevadas, menor eficiência em solos ácidos e, por ser um produto importado, onera a produção agrícola brasileira, levando à necessidade de desenvolvimento de novos inibidores de urease. Neste trabalho, duas bases de Schiff, 3B4 e 3D6, e uma amina derivada da substância 3B4, foram melhor estudadas com o objetivo de obter uma formulação capaz de veicular esses inibidores. Estudos de solubilidade foram conduzidos e mostraram que os inibidores de urease propostos são praticamente insolúveis em água, necessitando do auxílio de solventes e cossolventes para a solubilização. Uma formulação segura foi desenvolvida com o intuito de verificar a segurança dessas substâncias em estudos de fitotoxicidade utilizando sementes de alface (Lactuca sativa L.). A avaliação da inibição da atividade antiureolítica em solo foi conduzida e mostrou que a substância 3B4 (55 ± 4%) foi o inibidor de urease mais promissor em comparação com a substância 3D6 (39 ± 7%) e 3B4a (28 ± 11%), sem diferença estatística do NBPT (50 ± 1%, p> 0,05). No entanto, no estudo de inibição da urease in vitro não foi observada diferença estatística entre a substância 3B4 (23 ± 7%) e sua amina (3B4a, 24 ± 10%); e o estudo de docking molecular mostrou que a interação entre a substância 3B4a e a enzima urease resultou em um complexo mais estável. A avaliação da interação das misturas 3B4:ureia (1:1) e 3B4a:ureia (1:1) utilizando espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier não mostrou evidências de interações nos tempos 0, 24 e 48h. O conjunto dos dados fornecem indícios de que a base Schiff 3B4 e sua amina (3B4a) são promissoras candidatas a aditivos para estudos adicionais como inibidores da urease.
Abstract
Urea is the most widely used nitrogen fertilizer in agriculture. However, losses due to ammonia volatilization, resulting from the action of the urease enzyme, cause economic and environmental problems. One of the strategies to prevent this loss is the use of urease inhibitors, with N-(butyl) thiophosphoric triamide (NBPT) being the most commercially used inhibitor. However, NBPT has important limitations, such as low stability at high temperatures, less efficiency in acid soils and, as it is an imported product, it burdens Brazilian agricultural production, leading to the need to develop new urease inhibitors. In this work, two Schiff bases, 3B4 and 3D6, and an amine derived from the substance 3B4, were better studied with the aim of obtaining a formulation capable of carrying these inhibitors. Solubility studies were conducted and showed that the proposed urease inhibitors are practically insoluble in water, requiring the aid of solvents and co-solvents for solubilization. A safe formulation was developed to verify the safety of these substances in phytotoxicity studies using lettuce seeds (Lactuca sativa L.). Evaluation of inhibition of antiureolytic activity in soil was conducted and showed that substance 3B4 (55 ± 4%) was the most promising urease inhibitor compared to substance 3D6 (39 ± 7%) and 3B4a (28 ± 11%), with no statistical difference from the NBPT (50 ± 1%, p> 0.05). However, in the in vitro urease inhibition study, no statistical difference was observed between substance 3B4 (23 ± 7%) and its amine (3B4a, 24 ± 10%); and the molecular docking study showed that the interaction between the 3B4a substance and the urease enzyme resulted in a more stable complex. The evaluation of the interaction of the 3B4:urea (1:1) and 3B4a:urea (1:1) mixtures using Fourier transform infrared spectroscopy showed no evidence of interactions at times 0, 24 and 48h. The data set provide indications that Schiff base 3B4 and its amine (3B4a) are promising candidates for additives for further studies as urease inhibitors.
Assunto
Palavras-chave
Amina, Bases de Schiff, Formulação, Inibidores de urease, NBPT, Ureia
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