Isolamento de compostos orgânicos voláteis de fontes naturais

Isolamento de compostos orgânicos voláteis de fontes naturais

Os componentes voláteis de plantas constituem uma enorme riqueza da Química Orgânica. Eles são utilizados na farmacologia, ingredientes de perfumes, preservativos, temperos e vários outros usos. Os componentes voláteis são geralmente isolados de plantas por destilação a vapor sob pressão atmosférica.

A planta é normalmente dividida finamente ou misturada para liberar os componentes voláteis de sua estrutura celular e o vapor é então introduzido para condensar os componentes orgânicos voláteis com a água. Os odores das plantas é devido às essências.

As essências têm sido isoladas de uma grande variedade de plantas, mas constituída somente de uma pequena porcentagem da composição total da planta. Os maiores constituintes das essências são os terpenos e outros derivados oxigenados.

Os terpenos são estruturas compostas de unidades de isopreno combinado na forma de head-to-tail. O limoneno, que é o terpeno cíclico das plantas mais amplamente distribuído na natureza, é o principal ingrediente do óleo de laranja (90 a 95%). É encontrado no óleo de limão, óleo de alcaravia, e em muitas outras essências.

Limoneno [1-metil-4-(1-metiletenil)cicloexeno] CH 3 H 3 C CH 2

Objetivo do Experimento Isolar e purificar o limoneno do óleo da laranja.

Técnicas Envolvidas Destilação por arraste a vapor Extração de solventes Filtração simples Destilação fracionada

Tabela com constantes físicas Nome Fórmula Peso Molecular (g/mol) Densidade (g/ml) Ponto de Fusão (ºC) Ponto de Ebulição (ºC) Solubilidade Toxicidade Limoneno C 10 H 16 136,24 0,8402-175,5 a 176 n-hexano C 6 H 14 86,18 0,660-100 a -95 Insolúvel 69 Insolúvel Irritante à pele Náusea, dor de cabeça, irritação nos olhos e nariz, fraqueza muscular, dermatite, pneumonia química Sulfato de sódio Na 2 SO 4 142,04 2,7 800 - Solúvel - Água H 2 O 18,02 0,997 0 100 - -

Métodos de Segurança Além daqueles procedimentos gerais de segurança, tais como, o uso de óculos, avental, calça comprida, cabelo comprido preso e sapato fechado, não se pode esquecer que o limoneno é altamente inflamável e portanto, o uso de chama do bico de Bünsen não é recomendado (Obs: uso da manta elétrica).

Deve-se usar a capela durante o experimento, pois tanto o limoneno quanto o n-hexano são irritantes aos olhos e mucosas nasais. É bom salientar que, o n-hexano pode causar ainda, quando seus vapores são inalados, possíveis náuseas, dores de cabeça e tontura. Recomenda-se evitar o contato deste solvente com a pele, pois poderá causar adormecimento das extremidades, fraqueza nos músculos e inflamação na pele. Em casos extremos recomenda-se o uso de luvas cirúrgicas.

Parte Experimental Destilação por arraste a vapor: isolamento do limoneno Destilação fracionada: purificação do limoneno

Destilação por Arraste a Vapor: Isolamento do Limoneno 1. Pesar 20 g de óleo de laranja (30 ml) e transferir para um balão de fundo redondo de 250 ml; 2. Montar um sistema de destilação por arraste à vapor; 3. Proceder à destilação até que todo material orgânico volátil, tenha destilado, isto é, até que destile somente água. Para se assegurar que o destilado apresenta uma única fase, deve-se coletálo em um tubo de ensaio (cerca de 1 ml); se for observada a presença de duas fases, continuar a destilação.

Adicionar 30 ml de n-hexano ao frasco do destilado e transferir para um funil de separação. Lavar o frasco com pequenas porções de n- hexano; Agitar o funil de separação suavemente, aguardar a separação das fases e coletar o extrato orgânico em um erlenmeyer de 250 ml; Repetir duas vezes a extração da fase aquosa com 20 ml de n-hexano, coletando a fase orgânica no mesmo erlenmeyer. Guardar o extrato orgânico na geladeira em erlenmeyer contendo Na 2 SO 4 como agente secante. O extrato será usado na próxima experiência.

Destilação Fracionada: Purificação do Limoneno Montar um sistema de destilação fracionada, usando o balão de fundo redondo de 250 ml. Utilizar uma proveta de 100 ml como frasco coletor. Ligar o aquecimento (manta elétrica); Quando a mistura entrar em ebulição, observar na coluna de fracionamento o anel do condensado. (Se não for possível vê-lo, pode-se localizá-lo tocando a coluna: região quente). Elevar a temperatura gradualmente a partir deste momento, para que a coluna alcance um gradiente de temperatura constante;

OBS.: Em uma operação realizada convenientemente a mistura de vapor condensada não deve atingir a parte superior da coluna antes de vários minutos (15 minutos após o líquido começar a ferver). Iniciada a destilação, mantê-la constante (sem variação no aquecimento, numa velocidade de 40-60 gotas/minuto). Anotar a temperatura de destilação, quando a 1ª gota do destilado for coletada e, a cada 2 ml; Quando a temperatura começar a elevar-se bruscamente, acima de 75 C, transferir o coletado na proveta para um frasco (fração 1);

Efetuar as leituras a cada 0,5 ml e recolher o destilado em outra proveta, até a temperatura na qual o limoneno puro destila (fração 2); Quando a temperatura estabilizar (p.e. limoneno), (variação menor do que 1 o por 0,5ml de destilado), recolher o destilado em outra proveta seca e anotar a temperatura de destilação a cada 2 ml; Destilar até que o balão de destilação contenha 3 ml de líquido (fração 3); Anotar a pressão barométrica e corrigir os p.e. das frações l e 3; Construir um gráfico, p.e. x volume de destilado e avaliar a eficiência da separação do hexanolimoneno.

Referências Bibliográficas Http://labjeduardo.iq.unesp.br GONÇALVES, D.; WAL, R. R. Química Orgânica Experimental. São Paulo: McGraw Hill, 1988. PAVIA, D.L.; LAMPMAN, G. M.; KRIZ, G. S. Introduction to Laboratory Techniques: a microscale approach. Second edition. Philadelphia: Saunders College, 1995. SOARES, B. G.; SOUZA, N. A.; PIRES, D. X. Química Orgânica: teoria e técnicas de preparação, purificação e identificação de compostos orgânicos. Rio de Janeiro: Guanabara, 1988.

Seminário de química orgânica Experimental I Destilação fracionada do limoneno Edvan Ferreira de Oliveira Letícia Naomi Higa

*Introdução *Destilação *Explicação da destilação fracionada *Coluna de fracionamento *Lei de Raoult *Diagramas de fases *Material utilizado *Eficiência da destilação *Observações *Como será a destilação na experiência

Quando confinamos uma determinada substância líquida, suas moléculas começam passar para o estado vapor até atingir o equilíbrio. A pressão de vapor de uma substância pura é a pressão do vapor no equilíbrio (quando a velocidade de transferência entre as fases líquido-vapor se torna constante).

A pressão de vapor aumenta com a temperatura. Assim o ponto de ebulição é quando a pressão de vapor se iguala a pressão atmosferica.

O que é a destilação? A destilação é o processo de vaporizar o líquido, Condensá-lo e recolhê-lo em um outro recipiente.

A destilação é um dos processos mais comuns nas indústrias químicas desde as indústrias farmacêuticas aos pólos petroquímicos, o petróleo por exemplo é mistura de líquidos orgânicos, é destilado é separado em diversas frações, de onde saem os éteres, gasolina, o piche e a grande maioria dos compostos aromáticos que usamos no laboratório.

A destilação teve seu início provavelmente no século XVI, onde as primeiras expêriencias realizadas foram feitas extraindo as quintessências de vegetais, minerais e partes de animais, tentando-se obter dessa forma puríssimos e poderosos medicamentos.

Destilação fracionada A destilação fracionada é empregada quando a diferença entre os pontos de ebulição dos líquidos da mistura é menor do que 70 C. A destilação fracionada é simplesmente uma técnica para realizar uma série completa de pequenas destilações ( separações ) em uma operação.

O sistema de destilação fracionada é composto por :

A principal diferença que ocorre na aparelhagem durante a destilação fracionada é a coluna de fracionamento. O objetivo dessa coluna é criar várias regiões de equílibrio líquido-vapor enriquecendo a fração do componente mais volátil da mistura na fase de vapor.

Coluna de fracionamento A função de uma coluna de fracionamento é a de agir como um gradiente de Temperatura. Assim a coluna tem sua temperatura mais alta na parte inferior diminuindo de acordo que se afasta fonte de aquecimento.

Assim quando o vapor destilado encontra uma temperatura mais baixa ( ou seja, subindo-se na coluna ), esse vapor se condensa com a fração menos volátil dos 2 líquidos, e assim há várias microdestilações dentro da coluna o que faz o vapor do líquido mais volátil, quando chegar ao condensador se encontre praticamente puro.

(a) Dufton (b) Vigreux (c) Hempel (d) Pratos Teóricos

Existem vários tipos de colunas de fracionamento, entre as quais destacamos a de Vigreux que tem uma série de fendas para aumentar a superfície interna.

Lei de Raoult Quando dois líquidos infinitamente miscíveis são postos juntos, a pressão de vapor de cada é reduzida pela pressão de vapor do outro; cada componente em uma solução contribui proporcionalmente a sua fração molar na mistura.

A pressão total de vapor é igual a soma das pressões de vapor exercidas por cada componente na mistura: P a = x a. P a Onde P a é pressão do líquido A na solução, x a é a fração molar de A e P a é a pressão de vapor do líquido A puro.

Diagrama de fases Um diagrama de fase consiste em uma gráfico Que relaciona a fração molar de uma substânica Em uma solução homogênea tanto na fase de Vapor como a líquida, um diagrama de fases Pode ser mostrado como:

Diagrama de fases

Analisando o gráfico, a curva superior Compreende o vapor e a curva inferior Se trata do líquido, assim traçando-se uma Linha horizontal no gráfico podemos saber A fração molar tanto na fase líquido como Na fase gasosa.

Eficiência de uma destilação fracionada Um tipo de medida da eficiência de uma destilação é feita através dos pratos teóricos um prato teórico é equivalente a uma destilação simples, assim quanto menor a diferença entre os pontos de ebulição das substâncias a serem separadas, mais pratos teóricos são necessários para separá-las.

Pratos teóricos necessários para a separação de dois líquidos Diferença entre as temperaturas de ebulição Pratos teóricos necessários à separação 108 1 72 2 54 3 43 4 36 5 20 10 10 20 7 30 4 50 2 100

Podemos também utilizarmos como medidas o AEPT ( altura equivalente a um prato teórico ), quanto menor for esta grandeza, mais eficiente será a coluna.

Relação entre os recheios de coluna e a altura Equivalente a um prato teóricos(aept) Tipo de coluna Diâmetro Vazão AEPT Tubo simples vazio 24 400 15 6 115 15 6 10 11,7 Coluna Vigreux 24 510 11,5 12 294 7,7 12 54 5,4 Recheio de esferas de vidro 24 100 a 800 6 Recheio de anéis de Rashig 24 600 8,2 24 500 7,6 24 400 7

A razão de refluxo também é uma medida de eficiência do fracionamento, a razão de refluxo também é uma medida de eficiência do fracionamento, a razão do refluxo é dada pela razão entre a quantidade do vapor condensado que retorna a coluna pela porção que destila por unidade de tempo.

Destilação Destilação fracionada

*A água no condensador deve correr no sentido contrário a corrente de vapores. *Deve-se controlar fonte de aquecimento a fim de que o líquido destile a velocidade constante.

*destilações com temperaturas acima de 140-150 C é normalmente conduzida com condensador refrigerado á ar, não se utiliza condensador refrigerado para evitar a quebra do condensador, devido ao choque térmico decorrente da diferença de temperatura entre o vapor destilado e a água corrente.

*O balão de destilação deve ter um volume do mínimo de uma vez e meia do volume destilado, se estiver muito cheio pode haver arraste mecânico de líquido a destilar, impurificando assim o destilado. Se não estiver muito cheio ocorre perdas desnecessárias devido ao grande volume que o vapor deve ocupar para encher o balão.

Para evitar perda de calor da coluna devemos envolve-la com lã de vidro ou tela de amianto. *Se o aquecimento for muito forte, a coluna como um todo sofrerá aquecimento quase uniforme, prejudicando a separação da mistura.