Toxicity and larvicidal activity on Aedes aegypti of citronella essential oil submitted to enzymatic esterification / Toxicidade e atividade larvicida sobre Aedes aegypti de óleo essencial de citronella submetido à esterificação enzimática

Abstract The essential oil of citronella (Cymbopogon winterianus) has several biological activities, among them the insect repellent action. Some studies showed that cinnamic acid esters can be applied as natural pesticides, insecticides and fungicides. In this context, the objective of the present work was to evaluate the production of esters from citronella essential oil with cinnamic acid via enzymatic esterification. Besides, the essential oil toxicity before and after esterification against Artemia salina and larvicidal action on Aedes aegypti was investigated. Esters were produced using cinnamic acid as the acylating agent and citronella essential oil (3:1) in heptane and 15 wt% NS 88011 enzyme as biocatalysts, at 70 °C and 150 rpm. Conversion rates of citronellyl and geranyl cinnamates were 58.7 and 69.0% for NS 88011, respectively. For the toxicity to Artemia salina LC50 results of 5.29 μg mL-1 were obtained for the essential oil and 4.36 μg mL-1 for the esterified oils obtained with NS 88011. In the insecticidal activity against Aedes aegypti larvae, was obtained LC50 of 111.84 μg mL-1 for the essential oil of citronella and 86.30 μg mL-1 for the esterified oils obtained with the enzyme NS 88011, indicating high toxicity of the esters. The results demonstrated that the evaluated samples present potential of application as bioinsecticide.

Resumo O óleo essencial de citronela (Cymbopogon winterianus) possui diversas atividades biológicas, entre elas a ação repelente a insetos. Alguns estudos mostraram que os ésteres do ácido cinâmico podem ser aplicados como pesticidas naturais, inseticidas e fungicidas. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a produção de ésteres a partir do óleo essencial de citronela com ácido cinâmico via esterificação enzimática. Além disso, foi investigada a toxicidade do óleo essencial antes e após a esterificação contra Artemia salina e a ação larvicida sobre Aedes aegypti. Os ésteres foram produzidos utilizando ácido cinâmico como agente acilante e óleo essencial de citronela (3: 1) em heptano e 15% em peso da enzima NS 88011 como biocatalisadores, a 70 ° C e 150 rpm. As taxas de conversão de cinamatos de citronelil e geranil foram 58,7 e 69,0% para NS 88011, respectivamente. Para a toxicidade sobre Artemia salina foram obtidos CL50 de 5,29 μg mL-1 para o óleo essencial e 4,36 μg mL-1 para os óleos esterificados com NS 88011. Na atividade inseticida contra larvas de Aedes aegypti, obteve-se CL50 de 111,84 μg mL-1 para o óleo essencial de citronela e 86,30 μg mL-1 para os óleos esterificados com a enzima NS 88011, indicando alta toxicidade dos ésteres. Os resultados demonstraram que as amostras avaliadas apresentam potencial de aplicação como bioinseticida.

Toxicity and larvicidal activity on Aedes aegypti of citronella essential oil submitted to enzymatic esterification / Toxicidade e atividade larvicida sobre Aedes aegypti de óleo essencial de citronella submetido à esterificação enzimática

The essential oil of citronella (Cymbopogon winterianus) has several biological activities, among them the insect repellent action. Some studies showed that cinnamic acid esters can be applied as natural pesticides, insecticides and fungicides. In this context, the objective of the present work was to evaluate the production of esters from citronella essential oil with cinnamic acid via enzymatic esterification. Besides, the essential oil toxicity before and after esterification against Artemia salina and larvicidal action on Aedes aegypti was investigated. Esters were produced using cinnamic acid as the acylating agent and citronella essential oil (3:1) in heptane and 15 wt% NS 88011 enzyme as biocatalysts, at 70 °C and 150 rpm. Conversion rates of citronellyl and geranyl cinnamates were 58.7 and 69.0% for NS 88011, respectively. For the toxicity to Artemia salina LC50 results of 5.29 μg mL-¹ were obtained for the essential oil and 4.36 μg mL-¹ for the esterified oils obtained with NS 88011. In the insecticidal activity against Aedes aegypti larvae, was obtained LC50 of 111.84 μg mL-¹ for the essential oil of citronella and 86.30 μg mL-¹ for the esterified oils obtained with the enzyme NS 88011, indicating high toxicity of the esters. The results demonstrated that the evaluated samples present potential of application as bioinsecticide.

O óleo essencial de citronela (Cymbopogon winterianus) possui diversas atividades biológicas, entre elas a ação repelente a insetos. Alguns estudos mostraram que os ésteres do ácido cinâmico podem ser aplicados como pesticidas naturais, inseticidas e fungicidas. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a produção de ésteres a partir do óleo essencial de citronela com ácido cinâmico via esterificação enzimática. Além disso, foi investigada a toxicidade do óleo essencial antes e após a esterificação contra Artemia salina e a ação larvicida sobre Aedes aegypti. Os ésteres foram produzidos utilizando ácido cinâmico como agente acilante e óleo essencial de citronela (3: 1) em heptano e 15% em peso da enzima NS 88011 como biocatalisadores, a 70 ° C e 150 rpm. As taxas de conversão de cinamatos de citronelil e geranil foram 58,7 e 69,0% para NS 88011, respectivamente. Para a toxicidade sobre Artemia salina foram obtidos CL50 de 5,29 μg mL-¹ para o óleo essencial e 4,36 μg mL-¹ para os óleos esterificados com NS 88011. Na atividade inseticida contra larvas de Aedes aegypti, obteve-se CL50 de 111,84 μg mL-¹ para o óleo essencial de citronela e 86,30 μg mL-¹ para os óleos esterificados com a enzima NS 88011, indicando alta toxicidade dos ésteres. Os resultados demonstraram que as amostras avaliadas apresentam potencial de aplicação como bioinseticida.

Toxicity and larvicidal activity on Aedes aegypti of citronella essential oil submitted to enzymatic esterification

Abstract The essential oil of citronella (Cymbopogon winterianus) has several biological activities, among them the insect repellent action. Some studies showed that cinnamic acid esters can be applied as natural pesticides, insecticides and fungicides. In this context, the objective of the present work was to evaluate the production of esters from citronella essential oil with cinnamic acid via enzymatic esterification. Besides, the essential oil toxicity before and after esterification against Artemia salina and larvicidal action on Aedes aegypti was investigated. Esters were produced using cinnamic acid as the acylating agent and citronella essential oil (3:1) in heptane and 15 wt% NS 88011 enzyme as biocatalysts, at 70 °C and 150 rpm. Conversion rates of citronellyl and geranyl cinnamates were 58.7 and 69.0% for NS 88011, respectively. For the toxicity to Artemia salina LC50 results of 5.29 g mL-1 were obtained for the essential oil and 4.36 g mL-1 for the esterified oils obtained with NS 88011. In the insecticidal activity against Aedes aegypti larvae, was obtained LC50 of 111.84 g mL-1 for the essential oil of citronella and 86.30 g mL-1 for the esterified oils obtained with the enzyme NS 88011, indicating high toxicity of the esters. The results demonstrated that the evaluated samples present potential of application as bioinsecticide.

Resumo O óleo essencial de citronela (Cymbopogon winterianus) possui diversas atividades biológicas, entre elas a ação repelente a insetos. Alguns estudos mostraram que os ésteres do ácido cinâmico podem ser aplicados como pesticidas naturais, inseticidas e fungicidas. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a produção de ésteres a partir do óleo essencial de citronela com ácido cinâmico via esterificação enzimática. Além disso, foi investigada a toxicidade do óleo essencial antes e após a esterificação contra Artemia salina e a ação larvicida sobre Aedes aegypti. Os ésteres foram produzidos utilizando ácido cinâmico como agente acilante e óleo essencial de citronela (3: 1) em heptano e 15% em peso da enzima NS 88011 como biocatalisadores, a 70 ° C e 150 rpm. As taxas de conversão de cinamatos de citronelil e geranil foram 58,7 e 69,0% para NS 88011, respectivamente. Para a toxicidade sobre Artemia salina foram obtidos CL50 de 5,29 g mL-1 para o óleo essencial e 4,36 g mL-1 para os óleos esterificados com NS 88011. Na atividade inseticida contra larvas de Aedes aegypti, obteve-se CL50 de 111,84 g mL-1 para o óleo essencial de citronela e 86,30 g mL-1 para os óleos esterificados com a enzima NS 88011, indicando alta toxicidade dos ésteres. Os resultados demonstraram que as amostras avaliadas apresentam potencial de aplicação como bioinseticida.

Toxicity of clove essential oil and its ester eugenyl acetate against Artemia salina / Toxicidade do óleo essencial de cravo e seu éster acetato de eugenila contra Artemia salina

Abstract The production of compounds via enzymatic esterification has great scientific and technological interest due to the several inconveniences related to acid catalysis, mainly by these systems do not fit to the concept of “green chemistry”. Besides, natural products as clove oil present compounds with excellent biological potential. Bioactives compounds are often toxic at high doses. The evaluation of lethality in a less complex animal organism can be used to a monitoring simple and rapid, helping the identification of compounds with potential insecticide activity against larvae of insect vector of diseases. In this sense, the toxicity against Artemia salina of clove essential oil and its derivative eugenyl acetate obtained by enzymatic esterification using Novozym 435 as biocatalyst was evaluated. The conversion of eugenyl acetate synthesis was 95.6%. The results about the evaluation of toxicity against the microcrustacean Artemia salina demonstrated that both oil (LC50= 0.5993 µg.mL–1) and ester (LC50= 0.1178 µg.mL–1) presented high toxic potential, being the eugenyl acetate almost 5 times more toxic than clove essential oil. The results reported here shows the potential of employing clove oil and eugenyl acetate in insecticide formulations.

Resumo A produção de compostos via esterificação enzimática possui grande interesse científico e tecnológico devido às inúmeras inconveniências relacionadas com a catálise ácida, principalmente por estes sitemas não se adequarem ao atual termo “tecnologias limpas”. Além disso, produtos naturais como o óleo de cravo, apresentam compostos com excelentes potenciais biológicos. Compostos bioativos são quase sempre tóxicos em altas doses. A avaliação da letalidade em um organismo animal menos complexo pode ser usada para um monitoramento simples e rápido, servindo também para a identificação de compostos com potencial atividade inseticida contra larvas de insetos vetores de doenças. Neste sentido, foi determinada a toxicidade frente a Artemia salina do óleo essencial de cravo e do seu derivado acetato de eugenila obtido por esterificação enzimática com lipase Novozym 435. A conversão da reação de síntese de acetato de eugenila foi de 95,6%. Os resultados referentes à avaliação da toxicidade frente ao microcrustáceo Artemia salina demonstraram que tanto o óleo (LC50= 0,5993 µg.mL–1) quanto o éster (LC50= 0,1178 µg.mL–1) apresentam elevado potencial toxicológico, sendo que o éster apresenta aproximadamente 5 vezes mais toxicidade em relação ao óleo. Estes resultados demonstram o potencial emprego do óleo de cravo e de acetato de eugenila em formulações de inseticidas.

BIOTRANSFORMACIÓN DE LOS SUSTRATOS 2-FENILETANOL Y ACETOFENONA CON EL HONGO FITOPATÓGENO Colletotrichum acutatum / BIOTRANSFORMATION OF 2-PHENYLETHANOL AND ACETOPHENONE BY THE PLANT PATHOGENIC FUNGUS Colletotrichum acutatum / BIOTRANSFORMAÇÃO DOS SUBSTRATOS 2-FENILETANOL E ACETOFENONA COM O FUNGO FITOPATOGÊNICO Colletotrichum acutatum

En este estudio se evaluaron las biotransformaciones realizadas por el hongo fitopatógeno Colletotrichum acutatum, sobre los sustratos 2-feniletanol 1 y acetofenona 2; los procesos se realizaron en el medio de cultivo líquido Czapeck-Dox a temperatura promedio de 24 oC, humedad relativa entre 45 y 60%, y agitación a 150 rpm en un agitador orbital tipo shaker. En la biotransformación a partir del sustrato 1 se obtuvieron los productos metabólicos 1-fenil-1,2-etanodiol 3, (2-metoxietil) benceno 4 y acetato de 2-feniletilo 5, y desde el sustrato 2 los compuestos 1-fenil-1,2-etanodiol 3, 1-feniletanol 6 y 2-feniletanol 1. Los productos de la transformación microbiana se identificaron mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (CG-EM), y resonancia magnética nuclear de protón y carbono (RMN 1H y 13C). Se observó una tendencia marcada del patógeno a producir hidroxilaciones sobre el sustituyente del anillo aromático; igualmente, tiene la capacidad de reducir el grupo carbonilo y esterificar los grupos hidroxilo de alcoholes primarios. Se discute una posible ruta metabólica para la transformación de los sustratos.

The microbial transformation of 2-phenilethanol 1 and acetophenone 2 was investigated using the plant pathogenic fungus Colletotrichum acutatum; the process was carried out in liquid media culture Czapeck-Dox at an average temperature of 24 oC, a relative humidity between 45% and 60% and with agitation in a shaker at 150 rpm. The biotransformation of the substrate 1 produced the metabolic products 1-phenyl-1,2-ethanediol 3, (2- methoxyethyl)benzen 4 and 2-phenylethyl acetate 5, and from substrate 2 were obtained the compounds 1-phenyl- 1,2-ethanediol 3, 1-phenylethanol 6 and 2-phenylethanol 1. The structures of metabolic products were determined by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) and nuclear magnetic resonance of proton and of carbon (1H and 13C NMR). The process has a strong tendency of the pathogen to produce hydroxylations on the substituents attached to the aromatic ring. Additionally, C. acutatum was effective to reduce the carbonyl group and produce esterification reactions in the hydroxyl groups from primary alcohols. The metabolic pathway of both substrates is discussed.

Neste estudo foi analisada as biotransformaçoes feitas pelo fungos fitopatogênico Colletotrichum acutatum, nos substratos 2-feniletanol 1 e acetofenona 2; os processos forem feitos no meio de cultura Czapeck-Dox a uma temperatura média de 24 °C, umidade relativa entre 45 e 60% e agitação 150 rpm em um agitador orbital tipo shaker. Na biotransformaçao do substrato 1 é obtido os produtos metabólicos 1-fenil-1,2-etanodiol 3, (2-metoxietil) benceno 4 e acetato de 2-feniletilo 5, e do substrato 2 os compostos 1-fenil- 1,2-etanodiol 3, 1-feniletanol 6 e 2- feniletanol 1. Os produtos da transformação microbial forem identificados por meio do cromatografia de gás acoplada ao espectrometria da massas (CG-EM) e ressonância magnética nuclear de hidrogênio e de carbono (RMN 1H e 13C). Uma tendência marcada do patógeno é observada para produzir hidroxilaçoes na cadeia lateral do anel aromático; também tem a capacidade de reduzir ao grupo carbonilo e esterificar dos grupos hidroxilo da função álcool primária. Uma rota metabólica possível para a transformação das substratos é discutida.