Relatório do 1º Trabalho de Química Orgânica Isolamento e purificação do (+)-Limoneno a partir do óleo de laranja (2 sessões) 1ª sessão: Isolamento do (+)-Limoneno 2ª sessão: Purificação e caracterização do (+)-Limoneno Trabalho realizado por: Ana Patrícia Filipe nº62829 Gonçalo Rodrigues nº62827 MEBM
Resumo Neste trabalho laboratorial realizou-se, em duas sessões, o isolamento e a purificação do limoneno obtido a partir do óleo de laranja. Posteriormente foi determinado o rendimento da extracção e o grau de pureza do (+)- limoneno, comparando os valores obtidos do índice de refracção e da rotação óptica do limoneno com os valores tabelados. O óleo de laranja é um óleo essencial produzido por glândulas na casca da laranja e é extraído por destilação por vapor. 95% da sua composição é limoneno. O limoneno é um terpeno cíclico volátil responsável pelo cheiro a citrinos. [2] Para procedermos ao seu isolamento, utilizámos Éter de Petróleo e Sulfato de Magnésio Anidro. O éter de petróleo consite numa mistura de alcanos líquidos, tem baixo ponto de ebulição e é muito inflamável. É utilizado como solvente apolar e é insolúvel em água. O sulfato de magnésio anidro (MgSO4) é utilizado como agente dessecativo, devido a ser higroscópico (atrai moléculas de água do meio envolvente, por absorção ou adsorpção). É um pó branco inodor não inflamável. [3] Para isolar o limoneno (1ª sessão) procedeu-se à destilação por arrastamento de vapor, que é um tipo especial de destilação (um processo de separação) para materiais sensíveis a temperaturas elevadas e compostos naturais aromáticos. O vapor permite que os compostos evaporem a temperaturas mais baixas. Realizou-se uma decantação para separar a fase orgânica e a fase aquosa, e juntou-se à fase aquosa éter de petróleo, para separar a restante fase orgânica da fase aquosa. Esta separação realizou-se em duas decantações sucessivas. Para terminar, reunidas todas as porções da fase orgânica, adicionou-se sulfato de magnésio anidro para reter a água que ainda pudesse estar presente. Depois de isolado o limoneno (fase orgânica) da fase aquosa, procedeu-se à sua purificação (2ª sessão). Para tal, realizou-se uma filtração simples e uma destilação em banho de óleo, pesou-se o resultado e mediu-se o seu índice de refracção.
Finalmente, após uma destilação a pressão reduzida de todas as amostras voltou a medir-se o índice de refração e rotação óptica específica do limoneno purificado. [1] Resultados Parâmetros Valores obtidos Valores esperados Rendimento do isolamento 103% 60% Índice de refracção antes da destilação a baixa 1,472 pressão Índice de refracção depois da destilação a baixa pressão 1,475 1,471-1,474 Rotação óptica 115,56º 123º Rendimento Para calcular o rendimento do isolamento do (+)- limoneno, fez-se a razão entre o valor obtido para a massa de limoneno e o valor correspondente à massa da fracção de limoneno, presente numa amostra de 25mL de óleo de laranja. Por hipótese, 95% do óleo de laranja é limoneno. Logo, 25mL de óleo de laranja, que pesam 20,6g, contêm 19,57g de limoneno. Realizado o isolamento, obteve-se uma amostra com 20,166g. Isto significa que o rendimento do isolamento corresponde a 103%. Este valor tem um erro relativo associado, comparando com o rendimento esperado (60%), de 72%. Índice de refracção Para determinar o grau de pureza da amostra final, fez-se a medição do índice de refracção. Uma primeira vez, após a destilação em banho de óleo, determinou-se o índice de refracção da nossa amostra (1,472). Numa segunda vez, após a destilação a pressão reduzida, determinou-se o índice da mistura de todas as fracções (1,475).
Temperatura esperada na destilação a baixa pressão A destilação a pressão reduzida oferece uma melhor eficácia, porque ao diminuir a pressão a temperatura de ebulição diminuí também. Esta relação é dada pela equação de Clausius-Chapeyron: que se utilize na forma Em que p1=760mmhg, T1=449K, e nas condições da destilação realizada p2=71mmhg e T2=355K (82ºC). Sabendo p1, T1 e p2, a temperatura de ebulição (T2) esperada é de 363,91K (90,91ºC). Rotação óptica O cálculo para determinar a rotação óptica é feito com base na seguinte fórmula:, em que λ é o comprimento de onda com que é feita a medição (589nm),T é a temperatura a que se realiza a medição (19,9ºC), θ é o valor lido (11,87º), c é a concentração em g/ml (0,05136g/mL) e l é o comprimento da célula em dm (2dm). Com base nestes valores, chegou-se a uma rotação óptica de 115,56º. A este valor está associado um erro relativo de 6%.
Questões 1- Calcule o rendimento da extracção do limoneno. Compare o índice de refracção obtido antes e depois da destilação e comente o seu grau de pureza. O rendimento calculado coresponde a 103%. O índice de refracção obtido antes da destilação (a pressão reduzida) foi de 1,472, encontrando-se dentro do intervalo dos valores tabelados (1,471 1,474), demonstrando elevado grau de pureza. Após a destilação o índice de refracção obtido foi 1,475. Podemos concluir que, ao afastarse mais do valor esperado, o grau de pureza da solução diminuiu, o que indica que algumas misturas de outros grupos continham ainda muitas impurezas, e ao juntar-se todos os resultados, os que continham limoneno mais puro foram contaminados. 2- Calcule a rotação óptica específica do (+)-limoneno. Compare com valores tabelados. A rotação óptica específica do (+)-limoneno determinada foi 115,56º. Relativamente aos valores tabelados (123º), é uma aproximação bastante satisfatória, com um erro relativo de 6%, demonstrando que a purificação foi eficaz. 3- O enantiómero do (+)-limoneno roda o plano de luz polarizada em que sentido? Os índices de refracção dos dois enantiómeros são diferentes? E as densidades? O plano de luz polarizada roda no sentido do ponteiro dos relógios, dado que o seu valor de rotação óptica é positivo, no caso do (+)- limoneno. No (-)-limoneno roda para a esquerda uma vez que a rotação óptica é negativa). Tanto os índices de refracção como as densidades são muito semelhantes, e por isso consideram-se iguais para os dois enantiómeros.
4- Escreva a estrutura do limoneno e assinale o carbono quiral. Sabendo que o (+)-limoneno tem configuração absoluta R, escreva esse estereoisómero. Fig.1. Molécula de (+)-limoneno, com carbono quiral assinalado por * Discussão Ao longo da experiencia, vários factores podem ter afectado/alterado os nossos resultados, face aos valores teóricos. O rendimento de 102,7%, denuncia a presença de outros compostos na mistura de limoneno. Tudo indica que esse excesso de massa se deva a água e éter de petróleo que não foram removidos completamente nas destilações, embora estas se tenham realizado acima das temperaturas de ebulição destes compostos. Além disso, a percentagem de limoneno na nossa amostra de óleo de laranja pode não ser 95%, de forma que os cálculos utilizados para determinar o rendimento não se apliquem à realidade. Estes factores fizeram com que o rendimento obtido se afastasse bastante do esperado (60%). O valor esperado para índice de refracção do limoneno era entre 1.471 e 1.474. O nosso resultado experimental após a primeira destilação (em banho de óleo) foi 1.472, estando dentro do intervalo de valores esperados. Podemos concluir que a nossa purificação foi bastante eficaz. No entanto, após a destilação geral a baixa pressão, o novo valor medido foi de 1.4749, que embora esteja bastante aproximado do esperado, excede o limite superior do intervalo de
valores. Esta alteração deve-se, provavelmente, ao facto de ao juntarmos todas as amostras de todos os grupos, os grupos menos puros terem afectado o resultado final. Outra hipótese, tem que ver com a própria medição, que pode não ter sido feita correctamente. A temperatura esperada na destilação a baixa pressão era 90,91ºC, para 71mmHg. No entanto a temperatura medida durante a destilação foi de 82ºC. Esta diferença de valores está relacionada com as perdas de calor ao longo do tubo da destilação, uma vez que o termómetro não estava posicionado no local da evaporação. Estas perdas por condução devem-se ao facto de o sistema ser fechado e não isolado. O valor teórico de rotação óptica do limoneno é 123º, enquanto o que obtivemos, a uma temperatura de 19,9ºC e comprimento de onda de 589nm, foi de 115,56º. Esta discrepância representa um erro relativo de 6%, ou seja, trata-se de um resultado muito próximo do esperado. Este erro pode estar associado ao próprio aparelho, à temperatura ou ao comprimento de onda utilizados na medição do valor esperado. O éter de petróleo não altera os nossos resultados devido a não contribuir para a rotação óptica. Após a comparação global de todos os factores anteriormente referidos, chegámos a conclusão que os valores esperados se assemelham bastante aos que obtivemos. Assim, podemos afirmar que o grau de pureza da nossa amostra foi bastante satisfatório, ainda que, provavelmente, contivesse alguns restos de éter petróleo, o que afectou o valor do rendimento do isolamento. Bibliografia [1] SIMÃO, Dulce, et al., QUIMICA ORGÂNCIA LABORATÓRIO, 2º Semestre 2008/2009, Departamento de Engenharia Química e Biológica, Instituto Superior Técnico; [2] http://www.floridachemical.com/ [3] http://www.jtbaker.com