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FARMÁCIA TECNOLOGIA QUÍMICO-FARMACÊUTICA RELATÓRIO DE AULAS PRÁTICAS Hélida Renata Tavares RA: 0614617 Goiânia – Polo Bueno 2023 2 INTRODUÇÃO A tecnologia químico-farmacêutica é multidisciplinar, envolve o processo de descoberta, desenvolvimento e produção dessas entidades químicas. Para que se desenvolva um bom candidato a fármaco, são necessários conhecimentos de química, sobretudo a química orgânica, uma vez que mais de 90% dos fármacos são originários da síntese orgânica. A bioquímica nos auxilia a entender as vias metabólicas, a constituição das proteínas e o funcionamento das enzimas. Por sua vez, a farmacologia é essencial para assimilar como o organismo reage aos fármacos e também como o fármaco atuará no organismo. Já a toxicologia traz os efeitos toxicológicos desses agentes. Nesse contexto, ainda é preciso destacar a importância da bioestatística, da biotecnologia e da bioinformática (BOTELHO, 2021). A extração vem sendo utilizada por muitos anos como uma técnica para a descoberta de vários produtos naturais, mas, não está restrita aos produtos naturais, é uma técnica muito válida na purificação de compostos orgânicos. O método de extração líquido-líquido, também é comumente conhecido como extração por solvente, é um processo aplicado para a separação onde dois compostos formam uma mistura complexa a qual métodos como destilação ou cristalização não são eficazes. Para retirar determinado composto dessa mistura é necessário utilizar um solvente. Ele consiste em, basicamente, separar um determinado composto, o soluto, desta solução a partir da aplicação do solvente, solvente este que precisa possuir afinidade com o soluto desejado, mas não com a fase líquida em que ele está diluído, formando assim duas fases líquidas (CARNEIRO, 2019). Uma das estratégias mais adotadas na descoberta e introdução de novos fármacos é a modificação molecular. A metodologia utilizada envolve uma estrutura química bem caracterizada (protótipo), com atividade biológica definida. Com esse protótipo, podem ser constituídos análogos, homólogos ou uma série de congêneres, sem, contudo, mudar a parte essencial da estrutura que é responsável pela ação farmacológica. Há várias metodologias utilizadas: simplificação, associação molecular, abertura ou fechamento de anel, homólogos, introdução de duplas ligações, introdução, retirada ou substituição de grupos volumosos, bioisosterismo e latenciação (CARNEIRO, 2019). O ácido acetilsalicílico (AAS) é o princípio ativo do medicamento Aspirina®, obtido a partir da reação de acetilação do ácido salicílico (AS). Além de ser de fácil 3 execução, ela permite explorar diversos conteúdos químicos inseridos na temática de reações de derivados de ácidos carboxílicos, bem como explorar algumas técnicas importantes nos laboratórios de síntese (DOMINGUES, 2022). O iodofórmio é um antisséptico de aplicação odontológica obtido mediante reação exotérmica de halogenação. É um composto que se apresenta em forma de cristais hexagonais brilhantes com estrutura tetraédrica. É utilizado em endodontia há muitos anos como antisséptico, radiopacificador e estimulador biológico com um alto índice de sucesso. A sua sintetização é feita pela reação de halofórmio, que é de utilidade sintética como uma maneira de converter metilcetonas em ácidos carboxílicos. Quando o iodo é o halogênio, obtêm-se o iodofórmio (MELO, 2015). A síntese do diazoaminobenzeno pode ser preparada a partir da diazotação da anilina livre. É um dos principais representantes comerciais dos sais de diazˆnio e um excelente exemplo na versatilidade de aplicações que os triazenos possuem, sendo utilizado como intermediário químico, aditivo polimérico, agente complexante, na fabricação de corantes, inseticidas e também empregado em síntese orgânica. Entretanto, estudos mostram que o diazoaminobenzeno tem efeito carcinogênico em humanos, sendo metabolizado a benzeno, e este, ao ser transformado no fígado gera produtos oxidados altamente reativos por seus efeitos deletérios celulares. Os metabólitos são anilina, benzeno e nitrogênio. Tanto o benzeno quanto a nilina podem vir a ser oxidados pelo citocromo P450 e enzimas conjugadoras desencadeando sua ação tóxica (DO CARMO, 2013). A para-nitroanilina é um composto químico de fórmula C6H6N2O2. Pode ser definida como uma anilina acrescida de um grupo funcional nitro na posição 4, ou ainda como um nitrobenzeno acrescido de um grupo funcional na posição para. A síntese da p-nitroanilina é feita a partir da hidrólise da p-nitroacetanilida com água e ácido sulfúrico sob aquecimento, que formará um sal de amônio quaternário que, com a adição de solução aquosa de hidróxido de sódio, será liberado, dando orgem à p- nitroanilina e alguns sais como subproduto. A p-nitroanilina possui o grupo amino com uma basicidade relativamente alta, o q ue lhe permite, em pH baixo, agir como nucleófilo, aceitando um próton. Além disso, a p-nitroanilina possui uma estrutura que é fortemente estabilizada por ressonância e isso significa que, a despeito da basicidade conferida pelo grupo amino, esse par de elétrons apresenta certa estabilidade (MANO et al, 2011). 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO AULA 1 ROTEIRO 1 – Extração com solventes quimicamente ativos A cafeína é a substância psicoativa mais conhecida e consumida no mundo, sendo facilmente encontrada em diversos alimentos e plantas, como no café, chá, guaraná, cacau, mate e cola. Também pode ser comumente encontrada em medicamentos associados a analgésicos e anti-inflamatórios (CARNEIRO, 2019). Existe um crescente interesse em identificar as fontes e níveis de cafeína em alimentos e bebidas comercialmente disponíveis, como variedades de chá, pois os limites de tolerância para cafeína podem variar de acordo com o indivíduo que a ingere, deste modo, torna-se necessário o conhecimento da quantidade contida nestes produtos. Foi realizada nesta aula a extração da cafeína a partir do chá preto utilizando a técnica de extração líquido-líquido, método também conhecido como extração por solvente, neste caso, sendo utilizado o solvente orgânico diclorometano. Inicialmente, aqueceu-se 250mL de água destilada à 98ºC em béquer e acrescentou-se 3 saquinhos de chá preto por 1 minuto, pesando e anotando previamente a massa. Resfriou-se em gelo a solução obtida, e transferiu-se para funil de decantação, acrescentando-se 20mL de diclorometano para extração, agitando-se o funil suavemente. Realizou-se a extração com diclorometano por 3 vezes. O diclorometano se combina com a cafeína por afinidade, fase orgânica apolar, por possuir densidade maior que a água constitui a fase inferior no funil. Após a separação da fase orgânica apolar (diclorometano + cafeína), realizou- se a adição de 20mL da solução de hidróxido de sódio 6molar, para retirar as impurezas polares presentes (lavagem). Repetiu-se a lavagem com hidróxido de sódio por 2x e por último realizou-se a lavagem com 20mL de água destilada 1x. Depois, adicionou-se 3g de sulfato de sódio anidro à fase orgânica como agente secante. Realizou-se a filtragem e coleta em béquer previamente pesado, removendo- se o solvente em banho-maria na capela de exaustão, evaporando-se o diclorometano e obtendo-se a cafeína. 5 Fonte: do autor, 2023. Finalmente, realizou-se o cálculo do rendimento da cafeína presente no chá preto, conforme os cálculos abaixo: Peso do chá (cada saquinho) = 1,5g Peso do béquer = 30,66g 1,5g x 3 saquinhos = 4,5g de chá – 100% 0,4g de cafeína – x% x = 0,89% de cafeína presente nos 3 saquinhos De acordo com os cálculos, pode-se concluir que o rendimento da cafeína presente nos 3 saquinhos de chá representa 0,89%. AULA 1 ROTEIRO 2 – Síntese de um fármacopor esterificação 6 A reação de esterificação é aquela que ocorre entre um ácido carboxílico e um álcool, originando os produtos água e o próprio éster; por isso essa reação é chamada esterificação. O Ácido Acetilsalicílico (AAS) é um salicilato, sua síntese ocorre da acetilação do Ácido Salicílico (AS), através do ataque nucleofílico do grupo -OH fenólico sobre o carbono carbonílico do anidrido acético, seguido da eliminação do ácido acético, formando um subproduto de reação. Fonte: do autor, 2023. Para realizar o procedimento, colocou-se 2g de ácido salicílico em um Erlenmeyer de 50mL e adicionou-se lentamente 5mL de anidrido acético. Logo após, acrescentou-se à mistura 3 gotas de ácido sulfúrico (agindo como catalisador) agitando suavemente e levando à banho-maria por 15 minutos, agitando eventualmente de forma manual. Durante o aquecimento, notou-se que o ácido salicílico se dissolveu totalmente, ocorrendo a reação de esterificação. Após essa observação, adicionou-se 20mL de água destilada fria deixando o frasco reacional em repouso formando os cristais de ácido acetilsalicílico. Isso acontece porque o AAS é pouco solúvel em água, portanto, o aumento da temperatura favorece a solubilização dos cristais e a redução da temperatura contribui para a precipitação. Após a precipitação (formação dos cristais), realizou-se a filtragem utilizando filtro à vácuo e funil de porcelana para adiantar o processo de filtragem. Colocou-se o produto em vidro de relógio para a secagem. Determinou-se a massa do produto obtido, que foi igual a 1,65g. Por fim, realizou-se os cálculos de rendimento teórico e real/experimental do AAS obtido, descritos a seguir. 7 Fonte: do autor, 2023. 138,121g AS ------ 180,158g AAS 2,0g AS –---- x x = 2,609g AAS – Rendimento Teórico (100%) 2,609g AAS ------ 100% 1,65g AAS ------ x% x = 63,24% AAS – Rendimento Real/Experimental Após os cálculos de rendimento, determinou-se o ponto de fusão, que é uma análise qualitativa, sendo que os valores de referência para a faixa de fusão do AAS está entre 128 e 135ºC. E o valor determinado ficou entre 98 e 105ºC, concluindo que o ponto de fusão não ficou igual ao teórico porque o produto estava um pouco úmido e não foi recristalizado, ou seja, contém impurezas que deveriam ser eliminadas com a recristalização. AULA 2 ROTEIRO 1 – Síntese de iodofórmio O iodofórmio é uma substância utilizada como antisséptico nos hospitais e apresentam grande importância na odontologia. O produto disponível no comércio e nos laboratórios especializados tem sido obtido historicamente a partir da reação halofórmica, realizada com iodo, acetona e hidróxido de sódio (MELO, 2015). 8 Quando as metilcetonas reagem com os halogênios na presença de base, as halogenações múltiplas sempre ocorrem no carbono do grupo metila. A reação foi demonstrada no esquema a seguir. Fonte: do autor, 2023. O íon hidróxido da base ataca o hidrogênio alfa do grupamento metila formando um carbânion. Em seguida, o carbânion ataca o halogênio. Após total halogenação do carbono alfa, a hidroxila ataca o carbono carbonílico e substitui o hidrogênio, onde os elétrons migram para o oxigênio. Logo após o par de elétrons formar ligação dupla com carbono, e a ligação carbono-carbono se quebra formando o ácido acético e um carbono halogenado com um par de elétrons. Para a realização da síntese do iodofórmio mediante reação exotérmica de halogenação, procedeu-se com a pesagem de 6g de iodeto de potássio em balança semi-analítica, dissolvendo-o em 100mL de água destilada em Erlenmeyer de 250mL, adicionando-se 2mL de acetona. Depois, adicionou-se aos poucos 50mL de 9 hipoclorito de sódio 5%, agitando-se constantemente até a formação do precipitado de iodofórmio. A mistura permaneceu em repouso por 10 minutos. O hipoclorito de sódio foi utilizado para basificar o meio e o iodeto de potássio foi a fonte de iodo para o processo de halogenação. Após o repouso, procedeu-se com a filtragem à vácuo dos cristais, lavando-os três vezes com água destilada. Finalmente, a mistura foi levada à estuda para secagem total à 80ºC. Após a secagem, aguardou-se o resfriamento e efetuou-se a pesagem para determinação do ponto de fusão. O rendimento do iodofórmio obtido foi 1,32g. Perdeu-se produto por tempo de estufa em excesso. O iodofórmio funde a 119ºC, valor de referência para confirmação e pureza do produto. Para os cálculos de rendimento e determinação do ponto de fusão do produto obtido foram utilizados os seguintes dados: • Peso Molecular da Acetona = 58,08g/mol ( foi utilizado 2mL de acetona, portanto, precisou-se utilizar sua densidade para realizar os cálculos em gramas, d = 0,784g/mL). d = m/v 0,784 = m/2 m = 1,568g de acetona • Peso Molecular do Iodofórmio = 393,73g/mol • Rendimento teórico Iodofórmio: 58,08g acetona -------- 393,73g iodofórmio 1,568g acetona -------- x iodofórmio x = 10,63g Iodofórmio (rendimento teórico) • Rendimento real Iodofórmio: 10,63g -------- 100% 1,32g -------- x% x% = 12,42% de Iodofórmio 10 O rendimento do produto foi menor do que o esperado, devido ao tempo em excesso do produto na estufa. Na determinação do ponto de fusão obteve-se a faixa de fusão entre 105 e 120ºC, devido à existência de impurezas no produto obtido, já que o valor de referência para o ponto de fusão do iodofórmio seria 119ºC. AULA 3 ROTEIRO 1 – Síntese do Diazoaminobenzeno O diazoaminobenzeno é um dos principais representantes dos sais de diazônio, utilizado como intermediário químico, aditivo polimérico e agente complexante. É um composto cristalizado alaranjado e em sua estrutura ressalta-se que há uma amina ligada diretamente a um grupamento azo, caracterizando o triazeno. Fonte: do autor, 2023. 11 Para a obtenção do diazoaminobenzeno, inicialmente, foi colocado 75mL de água destilada e 24g (20mL0 de HCl (ácido clorídrico) em béquer de 250mL. Para manuseio do ácido clorídrico utilizou-se a capela para uso seguro do líquido volátil. Adicionou-se também 14g (13,7mL) de anilina (C6H7N), com agitação constante por um período de 5 a 10 minutos. Devido à indisponibilidade de gelo no laboratório, utilizou-se água bem gelada, mantendo a agitação, que tem como objetivo evitar a evaporação do ácido clorídrico com o aquecimento da reação. O uso do HCl tem como objetivo solubilizar a anilina na reação. Em outro béquer de 100mL foi preparado uma solução com 5,2g de nitrito de sódio (NaNO2) dissolvido em 12mL de água destilada e depois foi transferido para o funil de separação. Gotejou-se lentamente a solução de nitrito de sódio durante 10 minutos, com agitação constante, sobre a solução gelada contida no béquer. O nitrito de sódio tem o objetivo de baixar e manter constante a baixa temperatura (não ultrapassando 20ºC) no processo de obtenção do diazoaminobenzeno. Depois, preparou-se uma solução com 21g de acetato de sódio cristalizado (CH3COONa) em 40mL de água, formando um precipitado de diazoaminobenzeno, imediatamente. Filtrou-se o diazoaminobenzeno amarelo em funil de Buchner com papel, com auxílio da bomba de sucção em operação e o Erlenmeyer como coletor de impurezas. Lavou-se com água fria em pequenas porções, por um período de 5 minutos e deixou- se escorrer, tanto quanto possível, e separou-se na folha de papel de filtro para secar. A solubilização da anilina não foi eficiente, pois o ácido clorídrico utilizado estava diluído. O rendimento não foi realizado pois não houve tempo hábil para secagem do produto obtido. AULA 3 ROTEIRO 2 – Preparação da para-Nitroanilina A para-nitroanilina é usada como um intermediário na síntese de corantes e fármacos. É produzida através de uma sequência de três etapas com reações distintas,conforme demonstrado no esquema a seguir. 12 Fonte: do autor, 2023. Nesse procedimento, adicionou-se em um Erlenmeyer 13,5g de acetanilida e 12mL de ácido sulfúrico (H2SO4) e 7mL de ácido acético glacial e levou-se para banho-maria. Logo após, adicionou-se 3mL de ácido nítrico e 2mL de H2SO4. Deixou-se em repouso por 40 minutos. Após esse tempo, adicionou-se água destilada cfria para que ocorresse a precipitação e realizou-se a filtragem. O produto adquirido após a filtragem (2,0g de p-nitroacetanilida) foi levado ao balão e acrescentou-se 10mL de ácido sulfúrico, para que ocorresse a reação de Hidrólise da p-nitroacetanilida, formando a p-nitroanilina e ácido acético. Realizou-se o procedimento de refluxo por 20 minutos, que permite que a mistura seja aquecida sem perder produto por evaporação. Conforme demonstrado no esquema a seguir. 13 Fonte: do autor, 2023. AULA 4 ROTEIRO 1 – Síntese de um polímero A polimerização é a reação química na qual os monômeros (mero = estrutura que se repete) são unidos por ligações covalentes para formar estruturas poliméricas. A reação de polimerização é uma reação em que as pequenas moléculas, denominadas monˆmeros, se combinam quimicamente para formar estruturas mais longas (macromoléculas). As resinas fenólicas são polímeros termofixos ou termorrígidos, produzidos por meio de reações químicas de condensação entre um fenol (álcool aromático derivado do benzeno), ou um derivado de fenol, e um aldeído, em especoal o formaldeído (gás reativo derivado do metanol). Essas funções orgânicas englobam uma grande quantidade de compostos químicos diferentes. Para esse procedimento utilizou-se um béquer onde adicionou-se 3,4g de fenol mais 8,6mL de formaldeído, em catálise básica formando uma mistura complexa de fenóis mono e polinucleares ligadas entre si, geralmente, por pontes metilênicas, formando o pré-polímero. Adicionou-se também 2,6mL de hidróxido de amônio utilizado para basificar o meio e favorecer a formação do ânion fenolato (ressonância), 14 maior densidade de carga negativa em orto e para. Levou-se em banho-maria a 90ºC até criar uma massa amarela no fundo. Logo após, descartou-se o sobrenadante, acidificou-se o meio utilizando ácido acético glacial, e levou-se à estufa para polimerização. Com aquecimento ou acidificação da resina ocorre a reticulação transformando-se em um material infusível e insolúvel (termorrígido). O cálculo de rendimento não pôde ser realizado pois o produto não ficou pronto em tempo hábil. 15 REFERÊNCIAS BOTELHO, Kática C. A. Tecnologia Químico-Farmacêutica. 1ed. São Paulo: Editora Sol, 2021. CARNEIRO, L. S. Extração de cafeína a partir do chá preto comercial e manipulação de emulsão com cafeína, com finalidade anticelulítica. Trabalho de conclusão de curso. Centro Universitário Campo Limpo Paulista. Disponível em: https://www.unifaccamp.edu.br/repository/artigo/arquivo/08122021090914.pdf Acesso em: 13 mai 2023. DOMINGUES, L de A, et al. Síntese do Ácido Acetilsalicílico: Uma proposta para laboratórios de graduação empregando a Química Verde. Quím. Nova esc. – São Paulo – SP, BR. Vol. 44, nº 2, p. 105-114, 2022. Disponível em: http://dx.doi.org/10.21577/0104-8899.20160301 Acesso em: 13 mai 2023. MELO, G. B. Síntese e caracterização do iodofórmio obtido a partir do etanol. Revista Perquirere, 12(20:158-171, dez. 2015. Disponível em: http://perquirere.unipam.edu.br Acesso em: 14 mai 2023. DO CARMO, E. Síntese e Avaliação de propriedades de Triazenos. Universidade Federal do ABC. Santo André. 2013. Disponível em: https://ccnh.ufabc.edu.br/arquivos/bachareladoquimica/TCCs2013/TCC_Erik_do_Car mo.pdf Acesso em: 17 mai 2023. MANO, E. B. SEABRA, A. P. Práticas de química orgânica. Ed Edgar Blucher, 3 ed. pag 163. 16
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