Química Orgânica Experimental I

Transcrição

1 Química Orgânica Experimental I Aline Varella Rodrigues Mônica Sumie Okuda Raquel Mariano de Almeida Unesp Araraquara Instituto de Química

2 Extração da Cafeína do Chá

3 Cafeína Fórmula C 8 H 10 N 4 O 2 (1,3,7-trimetilxantina) alcalóide do grupo das xantinas Plantas que contêm o princípio ativo da Cafeína: chá mate, café, cacau, guaraná e cola Usado em bebidas como estimulante Apresenta-se sob a forma de um pó branco ou pequenas agulhas É extremamente solúvel em água quente, não tem cheiro e apresenta sabor amargo Atua sobre o sistema nervoso central, sobre o metabolismo basal e aumenta a produção de suco gástrico

4 Diclorometano CH 2 Cl 2 Função Tóxico Carcinogênico História do processo de descafeinação

5 História do processo de descafeinação Descafeinação feita com CH 2 Cl 2 até 1980 Acetato de etila substituiu o CH 2 Cl 2 até o começo dos anos 90 A partir de 1990 o fluido supercrítico CO 2 é usado para dissolver cafeína Sob alta pressão o CO 2 supercrítico lava os grãos de café e dissolve cerca de 99% da cafeína presente Cafeínaretirada: vendidaparaa indústriafarmacêutica

6 Substâncias presentes na folha do chá Celulose Clorofila Taninos Flavonóides glicosilados

7 Celulose OH H H O OH H H OH O O OH H H OH H OH OH H H H OH

8 Clorofila H 2 C CH 3 H 3 C CH 3 N N Mg H 3 C N N C H 3 C H 3 H H CH 3 O O O CH 3 O O CH 3 H 3 C H 3 C

9 Taninos Taninos são grupos de compostos químicos polifenólicos, de alto peso molecular, de origem vegetal, não nitrogenadas

10 Flavonóides glicosilados OH HO OH O O O OH OH OH OH O OH

11 Processos envolvidos Efusão Banho de resfriamento Extração com porções de diclorometano (CH 2 Cl 2 ) Emulsão Lavagem Secagem pela adição de Na 2 SO 4 Decantação Evaporação em banho-maria Cristalização Sublimação

12 Efusão Extração descontínua Extração líquido-líquido contínua

13 Extração sólido-líquido é chamada de efusão Componentes que estavam na fase sólida passam para a fase líquida (água) Extração descontínua: quando a solubilidade em água dos componentes sólidos é grande Extração contínua: quando a solubilidade dos solutos em água é pequena

14 Banho de resfriamento Equilíbrio heterogêneo entre o solvente puro, sólido e a solução com soluto, na fração molar x B : u * A(s) = u* A(l) +RTlnx A Temperatura de congelação normal do solvente passa de T * para T *c na solução. k =(RT* 2 )/ Hfusão T = k x B

15 Emulsão A.. Dois líquidos imiscíveis separados em duas fases (I e II). B. Emulsão da fase II dispersa na fase I. C. A emulsão instável progressivamente retorna ao seu estado inicial de fases separadas. D. O surfactante se posiciona na interface entre as fases I e II, estabilizando a emulsão

16 Emulsão Emulsão é a mistura entre dois líquidos imiscíveis em que um deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glóbulos no seio do outro líquido (a fase contínua). Eliminação da emulsão: Agitação da solução c/ bagueta Utilização de NaCl

17 Lavagem

18 Lavagem Após a remoção do líquido sobrenadante, o precipitado deve ser lavado, pois uma pequena quantidade da solução será retida e poderá causar problemas nas etapas subseqüentes da análise. Normalmente, usa-se água destilada como água de lavagem, mas muitas vezes deve-se usar uma solução diluída do próprio reagente usado na precipitação. A lavagem é realizada mediante a adição do líquido de lavagem sobre o precipitado. A seguir, agita-se para dispersar o sólido, centrifuga-se e decanta-se líquido. O volume do líquido de lavagem vai depender da quantidade do sólido. Geralmente, faz-se duas ou três lavagens com 0,5 ml do líquido.

19 Secagem Na 2 SO 4 como agente secante

20 Secagem Utiliza-se um secante inorgânico Considerações sobre o secante: Na 2 SO 4 como agente secante não combinar quimicamente com o composto orgânico secagem rápida e efetiva não dissolver apreciavelmente no líquido econômico não ter efeito catalizador. Não promover, por exemplo, polimerização, reações de condensação e auto-oxidação

21 Na 2 SO 4 Sulfato de sódio anidro: Agente secante neutro Barato Grande capacidade de absorção da água (abaixo de 32,4 o C) Ineficiente para solventes como benzeno e tolueno, cuja solubilidade em água é pequena (neste caso, usar sulfato de cobre anidro) Não usado acima de 32,4 o C, temperatura de decomposição do decahidrato Na 2 SO H 2 O Na 2 SO 4.10H 2 O

22 Decantação Processo utilizado para separar misturas heterogêneas dos tipos líquido-sólido e líquido-líquido. Ex: água barrenta.

23 Evaporação Se a água é o solvente e a substância não é volátil: evaporação simples sobre um banho de vapor ou de água Se a evaporação deve ser rápida ou se o solvente for orgânico: (A): balão contendo a solução a concentrar é aquecido em banho-maria e sofre rotação durante todo o processo de evaporação, o que assegura uma boa homogeinização e evita ebulição tumultuosa Seu funcionamento se baseia no princípio da destilação à pressão reduzida (T): torneira que permite a entrada de ar ou o abastecimento do balão com novas porções da solução (M): motor que permite que o balão (A) gire a uma velocidade controlada

24 Cristalização A cristalização é o processo (natural ou artificial) da formação de cristais sólidos de uma solução uniforme. Ela consiste de dois principais eventos, a nucleação e o crescimento dos cristais. A nucleação é a etapa em que as moléculas do soluto dispersas no solvente começam a se juntar em clusters, em escala nanométrica. O crescimento do cristal é o subseqüente crescimento do núcleo que atingiu o tamanho crítico do cluster. A nucleação e o crescimento continuam a ocorrer simultaneamente enquanto a supersaturação existir.

25 Sublimação

26 Sublimação Substância passa do estado sólido diretamente para o estado gasoso Exemplo: gelo seco (sublima a -78 o C) No laboratório é utilizada como método de purificação dos compostos orgânicos que sublimam. É um ótimo método de purificação Finalidades preparativas: pressão atmosférica sobre o composto é reduzida com uma bomba ou uma trompa de vácuo. Resultado: a pressão de vapor do sólido é igualada à pressão atmosférica à temperaturas menores

27 V T W TW: curva de equilíbrio líquido-vapor TS: curva de equilíbrio sólido-vapor T: ponto tríplice (coexistência de sólido, líquido e vapor) TV: curva de equilíbrio sólido-líquido S

28 Cânfora Iodo sólido, à pressão normal Naftalina, à pressão normal Gelo seco (CO 2 )

29 Fluxograma

30 100mL H 2 O destilada (57-59ºC) + 3 saquinhos de chá preto (béquer B1) -colocar os saquinhos imersos na água quente por 1 minuto -pressionar os saquinhos entre dois vidros de relógio -recolher o excesso no béquer B1 -descartar os saquinhos -resfriar a solução em banho de gelo até atingir temperatura ambiente -colocar a solução em um funil de separação

31 -adicionar 20 ml de CH 2 Cl 2 àsolução -agitar cuidadosamente para evitar a formação de emulsão -separar fases -repetir este processo mais duas vezes FASE ORGÂNICA (Inferior) CH 2 Cl 2, cafeína, taninos e flavonóides glicosilados P.Q.: H 2 O e clorofila FASE AQUOSA (Superior) Clorofila P.Q.: CH 2 Cl 2, cafeína, taninos e flavonóides glicosilados -recolher em béquer B2 as três extrações -transferir para funil de separação -lavar com 20 ml de NaOH 6M (fria)

32 -resultados da fase aquosa após as duas extrações subseqüentes -recolher a fase orgânica no béquer B2 FASE AQUOSA (Superior) FASE ORGÂNICA (Inferior) CH 2 Cl 2, cafeína, clorofila P.Q.: sais de taninos e de flavonóides, H 2 O e açúcares Sais de taninos e de flavonóides, clorofila e açúcares P.Q.: CH 2 Cl 2 e cafeína Descartado -descartar adequadamente -recolher no béquer B3 -transferir para funil de separação

33 -lavar com 20 ml de NaOH 6M (fria) -recolher fase inferior no béquer B3 -descartar a fase superior adequadamente -transferir para funil de separação -lavar com 20 ml de água fria FASE ORGÂNICA (Inferior) CH 2 Cl 2 e cafeína P.Q.: água e clorofila -transferir para erlenmeyer -adicionar Na 2 SO 4 -agitar e deixar em repouso -filtrar FASE AQUOSA (Superior) Sais de taninos e de flavonóides, clorofila, açúcares e Na + OH - P.Q.: CH 2 Cl 2 e cafeína -descartar adequadamente Descartado

34 SOBRENADANTE CH 2 Cl 2 e cafeína P.Q.: clorofila -transferir para béquer B4 -evaporar o solvente em banho de água até cerca de 3 ml -transferir para um vidro de relógio -evaporar completamente até obtenção de cristais PRECIPITADO Na 2 SO 4 hidratado P.Q.: clorofila, CH 2 CL 2, cafeína -descartar adequadamente Descartado

35 SÓLIDO Cristais de cafeína P.Q.: clorofila RESÍDUO CH 2 Cl 2 evaporado (p.e. = 39,75 C) -determinar a massa da cafeína impura e ponto de fusão -purificar por sublimação SUBLIMADO Cristais de Cafeína purificados RESÍDUO Clorofila

36 -determinar a massa de cafeína purificada -determinar ponto de fusão -calcular o rendimento Cálculos Rendimento: m do sólido puro x 100% m do sólido impuro

37 Característica e toxidade COMPOSTO CARCTERÍSTICAS TOXIDADES Diclorometano Cafeína Água Sulfato de sódio Hidróxido de sódio Líquido incolor, com vapores não inflamáveis. Sólido cristalino branco, inodoro e de gosto amargo Líquido, incolor, inodoro e insípido Sólido cristalino, inodoro, eflorescente Sólido cristalino opaco absorve rapidamente H 2 O e CO 2 do ar. Pode causar fadiga, sonolência, náuseas, aversão à luz, irritação da pele e dos olhos. Possível agente carcinogênico Estimulante do SNC, diurético, apresenta ação vaso-constritora e bronco-dilatadora. Substância essencial para a vida Ação purgativa Causa irritação das vias aéreas, queimaduras nos olhos e pele, perda temporária de cabelo. Sustância muito corrosiva.

38 Constantes COMPOSTO FÓRMULA MF (g/mol) p.f. ( C) p.e. ( C) DENSIDADE (g/ml) SOLUBILIDADE (g/ ml) Diclorometano CH 2 Cl 2 84, ,7 5 1,3255 1/50 Cafeína C 8 H 10 N 4 O 2 194, ,23 1/46 Água Sulfato de sódio H 2 O 18, , Na 2 SO 4 142, ,7 1/3,6 Hidróxido de sódio NaOH 40, ,13 1/0,9

39 Diclorometano: Inalação: Primeiros Socorros I.remover o indivíduo do local e levá-lo para o ar fresco; II.Se a respiração for dificultada ou parar, dar oxigênio ou fazer respiração artificial. Contato com olhos e pele: I.remover roupas e sapatos contaminados e enxagüar com muita água; II.Manter as pálpebras abertas e enxagüar com muita água.

40 Hidróxido de Sódio Inalação: I.remover o indivíduo ao ar livre; II.se não estiver respirando, fazer respiração artificial; III.se respirar com dificuldade, dar oxigênio; IV.e procurar ajuda médica. Ingestão: I.não induzir ao vômito; II.dar grandes quantidades de água ou leite; III.não dar algo pela boca ao indivíduo inconsciente.

41 Contato com a pele: I. lavar imediatamente em água corrente por, pelo menos, 15 minutos; II. remover a roupa contaminada e os sapatos; III. lavar a roupa e os sapatos antes de reutilizá-los; IV. procurar ajuda médica. Contato com os olhos: I. lavar imediatamente com água corrente por pelo menos 15 minutos, abrindo e fechando ocasionalmente as pálpebras; II. procurar ajuda médica imediatamente.

42 Livros: Bibliografias Vogel, A. I., Química Orgânica Análise Orgânica Qualitativa Volume 1, Costa, C.A.C., Santos, O.F., Neves, C.E.M., Rio de Janeiro, Livro Técnico S.A., 3 a edição, 1981, páginas 40, 41, 67, 68, 150, 154, 156 Baccan, N., Introdução à Semimicroanálise Qualitativa, Editora da Universidade Estadual de Campinas Unicamp, 6ª edição, página 103. Sites: col.htm

43 Alcalóide ( de álcali, básico, com o sufixo -oide, "-semelhante a" ) é uma substância de caráter básico derivada de plantas que contêm, em sua fórmula, basicamente nitrogênio, oxigênio, hidrogênio e carbono. Seus nomes comuns e que estamos mais habituados a ver, geralmente terminam com o sufixo ina: cafeína (do café), cocaína (da coca), pilocarpina (do jaborandi), papaverina/morfina/heroína/codeína (da papoula), bromelina (do abacaxi), papaína (do mamão) etc. São geralmente sólidos brancos (com exceção da nicotina). Nas plantas podem existir no estado livre, como sais ou como óxidos. Eles também correspondem aos principais terapêuticos naturais com ação: anestésica, analgésica, psico-estimulantes, neurodepressores, etc. Os alcalóides podem ser classificados quanto à sua atividade biológica; quanto à sua estrutura química; e quanto à sua origem biosintética (maneira de produção na planta). Podem ser divididos em três grupos: Alcalóides verdadeiros, que possuem anel heterocíclico com um átomo de nitrogênio e sua biosíntese se dá através de um aminoácido; Protoalcalóides, átomo de nitrogênio que se originam de um aminoácido (exemplo: cocaína); e Pseudo-alcalóides, são derivados de terpenos ou esteróides e não de aminoácidos.

44 Xantina éuma base purínica, composto orgânico existente no músculo, na urina, em vários orgãos e em algumas plantas. Estrutura química do alcalóide codeína, um derivado do ópio.

45 A celulose éum polímero de "cadeia longa" composto de um só monômero, carboidratado, classificado como polissacarídeo. É o componente estrutural primário das plantas e não é digerível pelo homem. Alguns animais, particularmente os ruminantes, podem digerir celulose com a ajuda de microrganismos simbióticas. É comum nas paredes celulares de plantas, tendo sido assim notado pela primeira vez em Ela está naturalmente na maioria das fibras puras de algodão, sendo encontrado em toda planta na combinação de lignina com qualquer hemicelulose. A estrutura da celulose se forma pela união de moléculas de β-glucose através de ligações β-1,4-glucosídico, o que a faz ser insolúvel em água. É uma hexasona por hidrólise da glicose da glucosa. A celulose é um polímero de cadeia longa de peso molecular variável, com fórmula empírica (C 6 H )n, com um valor mínimo de n=200. A celulose tem uma estrutura linear ou fibrosa, na qual se estabelecem múltiplas pontes de hidrogênio entre os grupos hidroxilas das distintas cadeias juntapostas de glicose, fazendo-as impenetráveis a água, e originando fibras compactas que constituem a parede celular dos vegetais.

46 Clorofila é a designação de um grupo de pigmentos fotossintéticos presente nos cloroplastos das plantas (em sentido geral, incluindo também as algas, cianofíceas e diversos protistas anteriormente considerados "algas" ou "plantas", como as algas vermelhas ou castanhas). A intensa cor verde da clorofila se deve a suas fortes absorções das regiões azuis e vermelhas do espectro eletromagnético, e por causa destas absorções a luz que ela reflete e transmite parece verde. Ela é capaz de canalizar a energia da luz solar em energia química através do processo de fotossíntese. Neste processo a energia absorvida pela clorofila transforma dióxido de carbono e água em carboidratos e oxigênio. As moléculas de clorofila encontram-se especificamente em complexos proteicos denominados fotossistemas, que se encontram integrados nos tilacóides de cloroplastos. A maioria das moléculas de clorofila absorve luz e transmite a energia luminosa através de um fenómeno designado por "transferência de energia por ressonância" a um par de moléculas de clorofila específico que se encontra no centro reaccional dos fotossistemas. A clorofila é um pigmento clorínico com quatro anéis pirrolo ligados por metinas, e um quinto anel ausente em outras porfirinas, grupo de compostos ao qual pertence e que inclui compostos como o grupo heme. No centro do anel há um íon de magnésio (Mg 2+ ) coordenado por quatro átomos de azoto. O composto é denominado feofitina quando não se encontra magnésio (ou outro íon metálico) no seu centro. As cadeias laterais variam em certo nível entre as diferentes formas de clorofila encontradas em diferentes organismos, mas todas possuem uma cadeia fitol (um terpeno) ligada por uma ligação éster a um carboxilo do anel IV A clorofila não é solúvel em água e é mais instável em ph ácido. Mas, é muito mais solúveis em água do que em diclorometano.

47 Taninos são grupos de compostos químicos polifenólicos, de alto peso molecular, de origem vegetal, não nitrogenadas, provocando na pele íntegra a sensação de adstringência e na pele sem vida um fenômeno conhecido por curtimento, que a transforma em couro. Propriedades gerais: - são solúveis em água, álcool e acetona. - são precipitados por sais de metais pesados (azul, negro, verde). - são insolúveis no éter puro, clorofórmio e benzeno. Flavonóide é o nome dado a um grande grupo de fitoquímicos ou fitonutrientes, que são polifenóis de baixa massa molecular, encontrados em diversas plantas. É encontrado em várias frutas e vegetais em geral, assim como em alimentos processados como chá e vinho. Os benefícios do consumo de frutas e outros vegetais é geralmente atribuído mais aos compostos flavonóides, do que aos outros conhecidos nutrientes, devido ao vasto leque de efeitos biológicos que incluem entre outros: ação antiinflamatória, anti-alérgica e anti-câncer. Os taninos e os flavonóides são duas classes de compostos que apresentam caráter ácido. Ambos são mais solúveis em diclorometano que em água.