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Escola Superior de Saúde 40114 – BIOQUÍMICA E BIOFÍSICA Aulas Práticas de Bioquímica MANUAL DE LABORATÓRIO Licenciatura em Enfermagem 1º SEMESTRE 2017/2018 Docentes Graça Rocha (grrocha@ua.pt) Mário Simões (msimoes@ua.pt) Calendarização DATA Sumário 25 e 29 de Setembro Apresentação do módulo de Bioquímica (aulas práticas). Regras de segurança no Laboratório de Química. Breve análise dos trabalhos práticos. O caderno de laboratório. Avaliação das aulas práticas. Formação de grupos. 02 Out. e 06 Out. Trabalho 1. Preparação de soluções por dissolução e por diluição 09 Out. e 13 Out. Trabalho 2. Determinação de Vitamina C num comprimido comercial 16 Out. e 20 Out. Discussão de resultados 23 Out. e 27 Out. Trabalho 3. Propriedades químicas de alguns hidratos de carbono 30 Out. e 03 Nov. Trabalho 4. Diálise de uma mistura de amido e de glucose 06 Nov. e 10 Nov. Trabalho 5. Aminoácidos: propriedades químicas 13 Nov. e 17 Nov. Discussão de resultados. Preparação para o teste escrito sobre a componente prática. 20 Nov. Teste escrito sobre os trabalhos práticos MÉTODOS DE ENSINO APRENDIZAGEM Aulas práticas Os trabalhos práticos são realizados em grupos de 2 estudantes. Cada trabalho prático é planeado e executado pelos estudantes durante o tempo estabelecido para o efeito (2 horas). Manual de laboratório Cada estudante deverá munir-se do Manual de Laboratório “Aulas práticas de Bioquímica – 2017/2018”, disponível na plataforma de e-learning da UA, onde são apresentados os trabalhos práticos. 2 Caderno de laboratório Nas aulas práticas, cada estudante deverá ter um caderno de laboratório (CL). O CL serve para organizar/estruturar o plano de cada trabalho prático. O CL deverá ser ainda o caderno onde regista todas as suas observações e resultados no decurso da realização de cada trabalho prático. Avaliação A avaliação das aulas práticas é do tipo contínuo e inclui diversos momentos de avaliação: (A) Assiduidade, pontualidade, desempenho, participação e preparação da aula e registos efetuados; (B) Teste escrito sobre os trabalhos práticos a realizar no dia 20 de Novembro de 2017. A nota das aulas práticas é calculada da seguinte forma: Nota da prática = (A x 0,60) + (B x 0,40) As respostas aos questionários, entregues no final de cada aula, serão classificadas na escala de 0-20 valores. De acordo com o Regulamento de Estudos da Universidade de Aveiro os estudantes dos cursos de licenciatura têm que assistir a pelo menos 80% das aulas da componente prática. Notas 1- A aprovação à UC exige uma nota mínima de 9,5 valores na componente prática (que normalmente se guarda para o ano letivo seguinte, em caso de reprovação à UC). 2- A primeira aula, de apresentação e de formação de grupos, ocorrerá de acordo com a seguinte distribuição: - As turmas C e Z terão aula de apresentação às 09:30 horas no dia 25 de Setembro; - As turmas D e Y terão aula de apresentação às 11:00 horas no dia 25 de Setembro; - As turmas A e B terão aula de apresentação às 15:00 horas no dia 25 de Setembro; 3- As aulas práticas da componente Bioquímica decorrem nos Laboratórios do Complexo pedagógico, científico e tecnológico: Laboratórios 23.3.25; 23.3.26. 3 REGRAS GERAIS DE SEGURANÇA NO LABORATÓRIO Conduta geral Não deve correr nem brincar no laboratório. No caso de ocorrer um acidente é fundamental que mantenha a calma e saiba qual a primeira atitude a tomar. Uma vez tomadas as primeiras medidas de segurança (descritas ao longo deste texto), informe imediatamente o docente do ocorrido. Higiene laboratorial Não é permitido comer, beber ou fumar no laboratório. Deve lavar as mãos frequentemente sempre que trabalhe com produtos químicos e, em particular, se derramar algum produto sobre a pele. Proteção corporal É obrigatório o uso de bata e óculos de segurança no laboratório. Deve usar luvas de proteção e utilizar o nicho sempre que manipular substâncias potencialmente perigosas 1 . Prevenção contra incêndios Tenha particular atenção ao manuseamento de substâncias inflamáveis. Nunca aqueça solventes inflamáveis em placas de aquecimento; use sempre banho de água para esse fim 2 . Conheça a localização e modo de funcionamento do extintor do laboratório. Não se esqueça que, em caso de incêndio, deve dirigir o jacto do extintor para a base das chamas. Conheça a localização da manta que serve para extinguir incêndios no vestuário. Comportamento em caso de alarme de incêndio O sistema de deteção e alarme de incêndios é acionado automaticamente através dos sensores distribuídos pelo edifício. Quando o alarme for acionado proceda do seguinte modo: 1 Consulte sempre os rótulos dos frascos; em caso de dúvida, coloque a questão ao docente. 2 Trata-se apenas de uma regra geral. No entanto, há que ter em atenção que determinados reagentes inflamam (ou explodem) em contacto com a água, com outros reagentes específicos ou mesmo com o ar, pelo que é fundamental a leitura atenta do rótulo de um produto desconhecido. 4 i) Desligue todos os aparelhos elétricos e coloque em segurança todo o material que estiver a utilizar. Estas tarefas devem ser efetuadas o mais rapidamente possível mas sem pânico, de modo a não causar mais acidentes. ii) Dirija-se rapidamente, mas sem atropelos nem pânico, para a porta de saída do Edifício e aguarde no exterior. Só deve entrar de novo no Edifício quando para tal seja autorizado. Note bem: i) A observação destas regras é absolutamente obrigatória. ii) Esporadicamente são executados treinos para testar os sistemas de emergência. Mesmo nestas alturas, todas as normas acima referidas devem ser observadas como se duma situação real se tratasse! Tratamento em caso de acidente Cortes: deve lavar imediatamente com água e desinfetar o ferimento. Tenha cuidado para que nenhum pedaço de vidro ou qualquer corpo estranho fique no ferimento. Queimaduras (calor, ácidos ou bases): lave abundantemente a área atingida com água e notifique o docente. Conservação do laboratório e do material Deve manter limpas e livres de qualquer obstáculo as zonas de circulação do seu laboratório. Deve manter a bancada limpa. O material de vidro que utilizar deve ser convenientemente lavado e arrumado no fim do trabalho. Os frascos de reagentes e solventes, uma vez usados, devem ser tapados e postos no seu lugar. Os aparelhos devem ser utilizados e protegidos respeitando as instruções de operação. Sempre que danificar algum tipo de material informe imediatamente o docente, para que o mesmo possa ser substituído ou reparado. Simbologia usada na rotulagem de produtos químicos A utilização de produtos químicos deve ser efetuada com cuidado e com conhecimento dos riscos associados a cada produto. Os rótulos dos reagentes apresentam um ou mais símbolos que dão uma indicação sobre os perigos específicos desse produto. Para que os produtos sejam utilizados com o devido cuidado, é indispensável conhecer o significado de cada símbolo. 5 Apresentam-se aqui os símbolos mais vulgares: EXPLOSIVO INFLAMÁVEL OXIDANTE TÓXICO IRRITANTE CORROSIVOPOLUENTE Bibliografia Guia de Segurança, Pedro Domingues, Mário Simões, Departamento de Química, Universidade de Aveiro http://www.ilpi.com/msds/index.htm http://www.sigma-aldrich.com/msds 6 REGRAS PARA APRESENTAÇÃO E TRATAMENTO DE RESULTADOS EXPERIMENTAIS 1.1 Algarismos significativos A escolha do número de algarismos expressos num resultado tem de ser feita com muito cuidado. Suponha que pesou uma substância numa balança em que a menor divisão da escala é 0,0001 g. Deve indicar a massa da substância como, por exemplo: 2,4093±0,0001 g. Se utilizou uma balança em que a menor divisão da escala é 0,1 g a massa da substância tem de ser indicada como, por exemplo, 2,4±0,1 g, ou seja, as quantidades determinadas experimentalmente devem ser sempre indicadas de modo a que apenas o último digito seja incerto. Algarismos significativos - número total de algarismos incluindo o primeiro algarismo incerto e excluindo os zeros à esquerda do primeiro dígito diferente de zero (Tabela 1.1). Tabela 1.1 Valor Notação científica Algarismos significativos 12,302 1,2302×101 5 0,020 2,0×10-2 2 200 2,00×102 3 2,0×102 2 2×102 1 No caso dos zeros situados à direita podem surgir ambiguidades como, por exemplo, quando se afirma que a massa de um corpo é de 200 g. Existem três interpretações possíveis para esta afirmação: (a) a massa do corpo situa-se entre 100 e 300 g, (b) a massa do corpo situa-se entre 190 e 210 g, (c) a massa do corpo situa-se entre 199 e 201 g. Como se pode ver na Tabela 1.1 se expressarmos essa massa em notação científica essa ambiguidade desaparece. 1.1.1 Cálculos com algarismos significativos É frequentemente necessário efetuar cálculos numéricos com resultados experimentais, para o que é fundamental saber decidir com quantos algarismos significativos se deve apresentar o valor calculado para não escrevermos que a massa volúmica de uma substância é de 2,19298 g cm-3, utilizando como dado experimental um volume de 1,14 cm3 e uma massa de 2,5 g. Neste caso o valor deveria ser apresentado com dois algarismos significativos: 2,2 g cm-3. Adição e subtração - O número de casas decimais do resultado deve ser igual ao menor número de casas decimais das parcelas. Por ex. na adição 20,4+1,322+83=104,722, o resultado final deverá ser apresentado como 105. 7 Multiplicação e divisão - O número de algarismos significativos do resultado deve ser igual ao menor número de algarismos significativos de cada uma das parcelas. Por ex. deverá ser apresentado como 2,2. De igual modo, o resultado de 2,5 x 1,13 = 2,825 deverá ser apresentado como 2,8. 1.1.2 -Arredondamentos Quando se torna necessário arredondar um resultado devem seguir-se as seguintes regras: a. Se o primeiro algarismo a ser eliminado for igual ou superior a 5 aumenta-se uma unidade ao algarismo que o precede (1,378 ficará 1,4) b. Se o primeiro algarismo a ser eliminado for inferior a 5 mantém-se o algarismo que o precede (1,348 ficará 1,3) 1.2 - Medições e Erros Os erros que podem afetar um resultado experimental são essencialmente de dois tipos: Erros sistemáticos ou determinados – Fazem com que as medidas feitas estejam consistentemente acima ou abaixo do valor real e são principalmente devidos a erros instrumentais (aparelho mal calibrado), utilização de reagentes impuros, utilização de material de vidro mal aferido, perda de amostra durante a análise, etc. Estes erros podem ser eliminados fazendo uma utilização correta do material e equipamento. Erros aleatórios, indeterminados ou acidentais - São variáveis em grandeza e sinal e são essencialmente devidos ao operador (por ex.: utilização incorreta de material de vidro e equipamento). Estes erros podem também ter a sua origem em condições ambientais variáveis ao longo das experiências, como variações de humidade, pressão e temperatura, crises sísmicas, caso os resultados experimentais sejam sensíveis às variações de algum destes parâmetros. Estes erros não são passíveis de ser eliminados. Contudo, poderão ser atenuados. Tendem a diminuir à medida que o número de determinações aumenta ou que o operador se torna mais experiente. 1.3 -Precisão e exatidão Os resultados experimentais estão sempre sujeitos a erros e para decidirmos se um determinado resultado final merece ou não confiança temos de considerar a sua precisão e exatidão. Precisão - é uma medida da proximidade entre os resultados de diferentes medidas experimentais de uma mesma quantidade. 8 19298,2 1,14 2,5 = Exatidão - é uma medida da proximidade entre o resultado experimental e o valor correto (ou mais provável) dessa quantidade. Estes dois conceitos estão ilustrados nas Tabelas 1.2 e 1.3 em que se apresentam, respetivamente, os resultados obtidos por quatro operadores diferentes na determinação da densidade de um pedaço de vidro (valor correto 2600 kg m-3), e a precisão e exatidão dos resultados. Tabela 1.2 Operador Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Média ± Desvio Padrão 1 2580 2590 2600 2590±10 2 2440 2460 2450 2450±10 3 2610 2760 2460 2610±150 4 2880 2620 2750 2750±130 Tabela 1.3 Exato Não exato Preciso Operador 1 Operador 2 2590±10 2450±10 Impreciso Operador 3 Operador 4 2610±150 2750±130 1.3.1 - Avaliação da exatidão: Erro absoluto e erro relativo Quando se conhece o valor verdadeiro de uma grandeza é possível avaliar a exatidão do resultado através do erro absoluto e do erro relativo. Erro absoluto - diferença entre o valor verdadeiro e o valor encontrado. O erro absoluto tem pouco interesse e por isso o que se utiliza mais frequentemente para avaliar a exatidão de um resultado é o erro relativo. Erro relativo - quociente entre o erro absoluto e o valor verdadeiro, expresso frequentemente em percentagem. É muito usado na prática e está sobretudo ligado à medida da exatidão de determinado resultado. Er= ||||xi-µ|||| /µ *100 1.3.2 - Avaliação da precisão: desvio médio e desvio padrão Suponha que efetuou um número n de medidas de uma mesma grandeza e obteve os resultados x1, x2, x3, ... 9 x= xii=1 n n ∑ d m = ∑ − = 1 1n x xi i n S x x n i i n = −∑ − = ( )2 1 1 A média aritmética é definida como O desvio médio é definido como O desvio padrão é definido como O desvio padrão fornece indicações sobre a precisão de um conjunto de medidas. Um valor pequeno indica que as medidas estão mais concentradas em torno do valor mais provável enquanto um valor elevado indica uma dispersão grande nos resultados. 1.4 - Grandezas e Unidades O "Sistema Internacional de Unidades (SI)" é um sistema constituído por três classes de unidades: Unidades de base, Unidades suplementares e Unidades derivadas. As unidades de base são independentes do ponto de vista dimensional e estão indicadas na Tabela 1.4. Unidades suplementares - constituem uma classe contendo duas unidades - radiano - unidade de ângulo plano e - esterradiano - unidade de ângulo sólido. Unidades derivadas - obtêm-se a partir das unidades de base e/ou das unidades suplementares, por meio de expressões algébricas que utilizam os símbolos matemáticos de multiplicação e de divisão (por ex. metro cúbico como unidade da grandeza Volume). Tabela 1.4 Grandeza Unidade Símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Corrente eléctrica ampere A Temperatura kelvin K Quantidade de matéria mole mol Intensidade luminosa candela cd 10 À exceção do quilograma, em que aunidade passa a ser o grama, os nomes e símbolos dos múltiplos e submúltiplos decimais das unidades SI obtêm-se por meio dos prefixos seguintes (Tabela 1.5): Tabela 1.5 Múltiplos Submúltiplos Prefixo Símbolo Valor Prefixo Símbolo Valor exa E 1018 deci d 10-1 peta P 1015 centi c 10-2 tera T 1012 mili m 10-3 giga G 109 micro µ 10-6 mega M 106 nano n 10-9 quilo k 103 pico p 10-12 hecto h 102 fento f 10-15 deca da 101 ato a 10-18 11 1. Preparação de soluções por dissolução e por diluição Objetivos Ilustrar o manuseamento de material de laboratório. Ilustrar a preparação de soluções. Introdução Uma solução é uma mistura homogénea de dois ou mais componentes, o facto de ser homogénea significa que a sua composição é a mesma em toda a amostra. Chama-se solvente ao componente predominante na mistura, e solutos aos componentes existentes em menor quantidade. Concentração de uma solução é a quantidade de soluto presente numa dada quantidade de solução. A concentração pode exprimir-se em várias unidades, sendo as mais comuns: Em geral, para preparar uma solução de concentração conhecida, dissolve-se uma quantidade pré-determinada de soluto num volume rigoroso de solvente. Se o soluto for um padrão primário e as medições de massa e volume forem rigorosas, a concentração da solução será rigorosamente conhecida. Podemos preparar soluções diluídas por diluição de soluções mais concentradas. Neste caso, para obter uma solução de concentração C2 é necessário pipetar um volume V1 da solução mais concentrada (de concentração C1) para um balão de volume V2, e completa-se o volume deste até ao traço com o solvente. Neste trabalho, pretende-se preparar uma solução de cloreto de sódio (NaCl) por pesagem e dissolução, e soluções menos concentradas por diluição desta. Observações: 1- A quantidade de soluto a ser pesada deve ser calculada de acordo com a concentração pretendida. 2- Verter para um recipiente pequeno e limpo (copo), uma quantidade suficiente de composto. Será desse copo que serão retiradas as quantidades necessárias. NOTA: Não deve introduzir qualquer espátula ou similar dentro do frasco original que contém o composto. 12 3-mol.dm ou mol/L solução de volume soluto de moles Molaridade = 100% solvente de Massasoluto do Massa soluto de Massa soluto do massa em mPercentage × + = 3- O NaCl e o cloreto de potássio (KCl) são padrões primários. Devem ser previamente secos na estufa, para remover quaisquer moléculas de água de hidratação. 4- Para pesar quantidades rigorosas deve usar-se uma balança analítica de precisão ± 0,0001 g. (Nota: para pesagens menos rigorosas pode usar-se uma balança técnica de precisão ±0,01 g). Transferência quantitativa Transferência quantitativa, significa que todo o material que é transferido de um lugar para outro tem que seguir um percurso. Por exemplo, todas as partículas de um sólido têm que ser transferidas do papel de pesagem (ou do vidro de relógio) para um copo de precipitação. Esta operação tem que ser realizada com cuidado para transferir completamente o sólido para o copo de precipitação. Finalmente, o papel (ou o vidro de relógio) deverá ser lavado para o copo de precipitação, para remover todos os vestígios do sólido. Se está a transferir uma solução ou mistura heterogénea para outro recipiente, lave o mesmo com o solvente para ter a certeza que a transferência é quantitativa. As lavagens deverão ser transferidas para o segundo recipiente juntamente com o resto da mistura ou solução. Um balão volumétrico é usado para preparar uma solução de volume fixo. Para preparar uma solução, primeiro dissolva o material sólido completamente, numa quantidade de água menor que a requerida para completar o balão volumétrico até à marca indicadora. Preparação de soluções rigorosas por dissolução 1- Pesar rigorosamente numa balança analítica a massa de soluto. Usar um copo (ou vidro de relógio) e uma espátula, bem limpos e secos. 2- Adicionar água destilada. Dissolver bem o soluto. Aquecer se necessário. 13 3- Transferir a solução para um balão volumétrico de capacidade igual ao volume de solução pretendido. Lavar o copo (3 vezes) com pequenas porções de água destilada e deitar o líquido de lavagem para o balão volumétrico. 4- Lavar o funil e retirá-lo. Rolhar o balão e agitá-lo para homogeneizar a solução. Completar o volume com água destilada até ao traço de referência do balão. 5- Se a solução preparada não for para utilizar de imediato, enxaguar, com um pouco da solução, um frasco bem lavado, e transferir a solução. Rolhar e rotular o frasco. Preparação de soluções rigorosas por diluição 1- Adicionar um pouco de água destilada a um balão volumétrico de capacidade igual ao volume de solução pretendido. 2- Transferir um pouco da solução a diluir para um copo bem limpo e seco (A). Aspirar um pouco de solução para a pipeta e enxaguá-la, desprezando o líquido de lavagem (B). 14 3- Pipetar o volume de solução pretendida (C) e transferir quantitativamente para o balão volumétrico (D). 4- Adicionar mais solvente quase até ao traço e agitar o balão para homogeneizar. 5- Completar o volume com água destilada até ao traço de referência do balão. 6- Se a solução preparada não for para utilizar de imediato, enxaguar, com um pouco da solução, um frasco bem lavado, e transferir a solução. Rolhar e rotular o frasco. 15 Material disponível Copo de 100 mL Funil Vareta Esguicho com água destilada Balão volumétrico de 250 mL NaCl Espátula Balança Procedimento experimental para preparar uma solução de cloreto de sódio 1- Num copo de 100 mL pese rigorosamente a quantidade de cloreto de sódio (NaCl) necessária para preparar 250 mL de uma solução aquosa 0,25 mol.dm-3. 2- Com a ajuda de uma vareta de vidro, dissolva todo o NaCl usando a menor quantidade de água destilada possível. 3- Quando todo o sólido estiver dissolvido, transfira o líquido para um balão volumétrico de 250 mL. Lave cuidadosamente o copo várias vezes com água destilada, transferindo as águas de lavagem para o balão volumétrico, de modo a transferir quantitativamente todo o NaCl. Tenha o cuidado de não deixar o nível do líquido ultrapassar o traço de referência do balão volumétrico. 4- Rolhe o balão e agite para homogeneizar a solução. 5- Adicione cuidadosamente água destilada com o esguicho, até ajustar exatamente o nível de líquido à marca do balão. Tenha atenção para não cometer erros de paralaxe. 6- Homogeneize novamente a solução. 7- Identifique o balão. Procedimento experimental para preparação de soluções diluídas Por diluição da solução anterior, prepare 2 soluções de concentração à sua escolha entre as seguintes: ~ 2x10-3 mol.dm-3; ~ 2x10-2 mol.dm-3; ~ 5x10-2 mol.dm-3; ~ 0,1 mol.dm-3 Calcule os volumes corretos para cada diluição, sabendo que existem no laboratório pipetas volumétricas de: 1, 2, 3, 5, 10, 20 e 25 mL; e balões volumétricos de: 10, 20, 25, 50, 100, 200, 250 e 500 mL. REGISTE AS OBSERVAÇÕES E OS DADOS NO SEU CADERNODE LABORATÓRIO No final da aula deve responder às seguintes questões − Apresente todos os cálculos efetuados para preparar a solução inicial e as soluções diluídas. Tenha atenção aos algarismos significativos. − Apresente ainda uma lista do material que utilizou para preparar apenas as soluções diluídas. 16 2. Determinação de Vitamina C num comprimido comercial Objetivos Determinar a quantidade de Vitamina C num comprimido comercial recorrendo às suas propriedades redutoras. Ilustrar a química de oxidação-redução (redox). Introdução A Vitamina C é um nutriente essencial porque não pode ser sintetizada pelo nosso organismo, tendo que ser fornecida por ingestão de alimentos ou medicamentos. Ela participa em quase todas as reações químicas que ocorrem no nosso organismo, sendo imprescindível em muitas delas. Vitamina C é o nome vulgar atribuído ao ácido ascórbico, uma substância que tem como propriedade característica o seu poder redutor. Este ácido consegue reduzir o ião férrico, Fe (III), ao ião ferroso, Fe (II), e o iodo, I2, a iodeto I¯ . A solução de iodato de potássio, KIO3, de concentração conhecida, é adicionada a partir de uma bureta, à solução acidificada de Vitamina C contendo iodeto. O iodo é formado pela reação do iodato com iodeto: IO3¯ (aq) + 5 I¯ (aq) + 6 H+ (aq) ���� 3 H2O (l) + 3 I2 (aq) Em seguida, o iodo formado reage com o ácido ascórbico (Vitamina C), formando I¯ , uma espécie incolor. Quando todo o ácido ascórbico tiver reagido, o iodo em excesso permanece em solução, conferindo-lhe uma coloração acastanhada. Para aumentar a intensidade da cor, adiciona-se solução de amido, que forma com o I2 um composto de cor azul escura muito intensa. Soluções e material disponível Comprimido de Vitamina C Proveta de 50 mL Balão volumétrico de 500 mL 2 Copos de 100 mL 2 Erlenmeyers de 250 mL Solução de amido a 0,5% Solução aquosa de HCl 1M Solução aquosa de KIO3 0,010M Solução aquosa de KI 1,7x10-2M Pipeta volumétrica de 25 mL e pipetas de Pasteur (de plástico) Bureta e funil Esguicho com água destilada 17 Procedimento experimental SEGURANÇA — Usar sempre os óculos de proteção. — A solução de HCl é corrosiva!!! Manusear com cuidado! — Ao encher a bureta, não despejar o líquido a um nível acima do nível dos olhos: retirar a bureta do suporte para a encher! 1- Deite o comprimido de vitamina C num copo de 100 mL. 2- Adicione cerca de 50 mL de água e agite até dissolver. 3- Transfira para um balão volumétrico de 500 mL. Procure obter uma transferência quantitativa, lavando várias vezes o copo com água destilada. 4- Complete o volume do balão volumétrico com água destilada. Preparação da bureta: verifique se a torneira está a funcionar devidamente, lavando a bureta com água destilada e passando com um pouco da solução de KIO3 que vai ser usada. 5- Encha a bureta com a ajuda de um copo e de um funil. Coloque-a no suporte, certifique-se que não há bolhas de ar e despeje algum líquido de modo a que o nível se situe dentro da escala. 6- Registe o valor da leitura inicial. 7- Meça rigorosamente 50,00 mL da solução de Vitamina C para um balão erlenmeyer de 250 mL. 8- Adicione ao erlenmeyer 1 mL de solução de KI 1,7x10-2 M, 1 mL de HCl 1 M e 1 mL de solução de amido 0,5% (ambos medidos com pipetas de Pasteur de plástico). 9- Titule com a solução fornecida de KIO3 0,0100 M até ao aparecimento de uma cor azul persistente, indicativa do ponto termo da titulação. Registe o valor da leitura final do líquido. 10- Repita a titulação para obter maior rigor dos valores experimentais. REGISTE AS OBSERVAÇÕES E OS DADOS NO SEU CADERNO DE LABORATÓRIO. No final da aula deve responder às seguintes questões − Determine a quantidade de Vitamina C presente no comprimido com base nos resultados obtidos nos ensaios efetuados. − Compare esse valor com o valor que esperava obter. − Determine a concentração da solução de Vitamina C preparada. 18 3. Propriedades químicas de alguns hidratos de carbono Objetivos Estudar o carácter redutor do monossacarídeo frutose. Estudar o carácter não-redutor e a hidrólise do dissacarídeo sacarose. Introdução Os hidratos de carbono são os compostos orgânicos mais abundantes nas plantas. Eles desempenham papéis vitais nos sistemas biológicos, nomeadamente como fontes de energia (glucose, amido, glicogénio, etc.), como componentes da estrutura de suporte das plantas (celulose) e das paredes celulares das bactérias e ainda como componentes essenciais dos ácidos nucleicos (D-ribose e 2-desoxi-D-ribose). A designação "hidrato de carbono" deriva do facto de muitos membros desta família de compostos possuírem uma fórmula molecular do tipo Cn(H2O)m. Por exemplo, a fórmula molecular da glucose, C6H12O6, pode-se indicar como C6(H2O)6. De forma análoga, a fórmula molecular da sacarose, C12H22O11, pode-se indicar como C12(H2O)11. Note que nem todos os hidratos de carbono obedecem a esta fórmula geral. A designação "hidrato de carbono", apesar de não ser totalmente correta, continua, no entanto, a ser usada para classificar este tipo de compostos. Quimicamente, os hidratos de carbono são poli-hidroxialdeídos, poli-hidroxicetonas ou compostos que por hidrólise dão origem a este tipo de aldeídos ou cetonas. Assim, a química dos hidratos de carbono é essencialmente a química dos grupos hidroxilo e carbonilo (e das ligações hemiacetal e acetal, formadas por reação entre estes dois grupos funcionais). Soluções e material disponível Frutose e sacarose 2 Balões volumétricos de 50 mL Funil Esguicho com água destilada Tubos de ensaio Espátula Solução aquosa de KMnO4 a 0,3% 2 Copos de 100 Ml Balança Solução aquosa de NaOH a 10% Pipetas de Pasteur (de plástico) Reagente de Fehling Solução aquosa de HCl a 10% 19 CH2OH H HO HOH2C HO H H OH O Procedimento experimental Carácter redutor da frutose 1- Prepare 50,00 mL de solução aquosa de frutose a 5%, num balão volumétrico. 2- Em cada um de dois tubos de ensaio, devidamente identificados, coloque 40 gotas da solução de frutose preparada. 3- A cada um dos tubos, adicione 10 gotas de solução de permanganato de potássio a 0,3%. 4- Só a um dos tubos adicione 2 gotas de hidróxido de sódio a 10%. 5- Agite os tubos e verifique se ocorre, ou não, alguma transformação. Registe o que observou. 6- Aqueça o(s) tubo(s) onde não observou qualquer transformação, num banho de água a 60°C, durante 5 minutos. Registe o que observou. 7- Noutro tubo de ensaio, devidamente identificado, coloque 40 gotas da solução de frutose preparada e adicione 20 gotas de reagente de Fehling3 (previamente preparado pelo docente). 8- Agite o tubo e verifique se ocorre, ou não, alguma transformação. Registe o que observou. 9- Se não observou qualquer transformação, aqueça o tubo num banho de água a 60°C, durante 5 minutos. Registe o que observou. Sacarose: um açúcar não-redutor 1- Prepare 50 mL de solução aquosa de sacarose a 5%, um balão volumétrico. 2- Num tubo de ensaio, devidamente identificado, coloque 40 gotas da solução de sacarose preparada. 3- Adicione 20 gotas de reagente de Fehling ao tubo de ensaio. 4- Agite o tubo e verifique se ocorre, ou não, alguma transformação. Registe o que observou. 5- Se não observou qualquer transformação, aqueça o tubo num banho de água a 60°C, durante 5 minutos. Registe o que observou. Hidrólise da sacarose 1- Coloque, em cada um de três tubos de ensaio, devidamente identificados,40 gotas da solução de sacarose preparada. 2- Ao primeiro dos tubos acrescente um volume igual de água; ao segundo adicione um volume igual de ácido clorídrico a 10% e ao terceiro adicione um volume igual de hidróxido de sódio a 10%. 3 Ver a composição e a preparação do Reagente de Fehling. 20 3- Aqueça os tubos durante 5 minutos num banho de água a 60 ºC. 4- Retire 10 gotas de cada um dos 3 tubos de ensaio anteriores para 3 tubos de ensaio limpos. Em seguida, adicione 20 gotas de reagente de Fehling a cada um dos 3 tubos. 5- Agite os tubos e verifique se ocorre, ou não, alguma transformação. Registe o que observou. 6- Aqueça os tubos onde não observou qualquer transformação, num banho de água a 60°C, durante 5 minutos. Registe o que observou. REGISTE AS OBSERVAÇÕES E OS DADOS NO SEU CADERNO DE LABORATÓRIO. No final da aula deve responder às seguintes questões − De acordo com resultados obtidos, deverá interpretar com base nas reações químicas, as observações registadas justificando e identificando claramente aspetos como a formação de precipitado, mudança de côr….. Bibliografia R. Morrison, R. Boyd, Química Orgânica, Fundação Calouste Gulbenkian. F. A. Carey, Organic Chemistry, McGraw-Hill. 21 4. Diálise de uma mistura de amido e de glucose Objetivos Conhecer o princípio da diálise na separação de moléculas de diferente massa molecular. Detetar o amido pelo teste do iodo. Utilizar o reagente de Fehling para detetar açúcares redutores. Introdução Dentro de uma manga de diálise, vai colocar a solução de cozimento de amido e a solução de glucose. A manga, depois de fechada, vai ser mergulhada em água, à qual vai adicionar um pouco de solução de iodo. O amido, uma macromolécula, não passa pelos poros da manga de diálise. No entanto, a glucose e o iodo são moléculas suficientemente pequenas para passarem pelos poros da manga de diálise. O interior da manga vai ficando azul, devido à entrada de iodo que vai reagir com o amido. A passagem da glucose pode ser avaliada pela deteção de açúcares redutores no dialisato, recorrendo a um teste característico para a deteção de açúcares redutores: reação com o reagente de Fehling. Soluções e material disponível Solução aquosa de amido a 3% Solução aquosa de glucose a 3% Solução aquosa de iodo (5 mmol.dm-3 de I2 em 30 g.dm-3 de KI) Reagente de Fehling Manga de diálise de acetato de celulose 2 Copos de 250 mL Pipetas de Pasteur (de plástico) Tubos de ensaio Placa com agitação Vidro de relógio Barra magnética 22 Procedimento Experimental Diálise 1 - Corte 20 cm de manga de diálise e ferva-a em água destilada durante 5 min. Deixe arrefecer. 2 - Faça um ou dois nós numa das extremidades da membrana. 3 - Como ilustrado na Figura 1, introduza 5 mL de solução de amido e 5 mL de solução de glucose na manga de diálise. Figura 1- Enchimento da manga de diálise. 4 – Antes de fechar a outra extremidade da manga, também com um ou dois nós, retire 40 gotas de solução para um tubo de ensaio. Registe a cor inicial da solução. 5 – Coloque a manga num copo de forma alta com 90 mL de água destilada e 5 mL de solução de iodo. Retire, igualmente, 40 gotas de solução para um tubo de ensaio. Registe a cor inicial da solução. Coloque a agitar com uma barra magnética à temperatura ambiente. Tape o copo com um vidro de relógio. Início da diálise (tempo zero) Após 30 minutos 6- No tempo zero, verifique a presença de açúcares redutores na solução da manga, copo e água da torneira (serve como controle). a) Coloque 40 gotas de água num tubo de ensaio. 23 IODO + ÁGUA GLUCOSE + AMIDO GLUCOSE + ÁGUA IODO + AMIDO b) Em seguida, adicione 40 gotas de reagente de Fehling a cada um dos três tubos de ensaio. Aqueça os 3 tubos de ensaio num banho de água a 60°C durante 10 minutos. Registe a cor final das soluções. 7- Após 30 minutos de agitação, retire cuidadosamente a manga do copo e coloque-a num copo seco. Registe a cor final das soluções na manga de diálise e no copo. 8- Em seguida, a presença de açúcares redutores nas soluções da manga e do copo vai ser testada com o reagente Fehling. a) Identifique 2 tubos de ensaio correspondentes à solução da manga e do copo. b) A cada um dos tubos de ensaio adicione 40 gotas da solução da manga e da solução do copo. c) Em seguida, adicione 40 gotas de reagente de Fehling a cada um dos dois tubos de ensaio. Aqueça os 2 tubos de ensaio num banho de água a 60°C durante 10 minutos. Registe a cor final das soluções. REGISTE AS OBSERVAÇÕES E OS DADOS NO SEU CADERNO DE LABORATÓRIO. No final da aula deve responder às seguintes questões − Interprete e relacione os resultados experimentais que obteve nos testes com o reagente de Fehling, justificando, se pode concluir que: a) O amido não saiu pela membrana de diálise. b) A glucose passou pela membrana de diálise. c) O iodo passou pela membrana de diálise. − Comente a sensibilidade do método utilizado na determinação de açúcares redutores. Bibliografia 1. A.J.L.O. Pombeiro, Técnicas e Operações Unitárias em Química Laboratorial, 2º ed., Fundação Calouste Gulbenkian. 2 - D. Voet, J.G. Voet, Biochemistry, John Wiley. 3 - R. Morrison, R. Boyd, Química Orgânica, Fundação Calouste Gulbenkian. 4 - F. A. Carey, Organic Chemistry, McGraw-Hill. 24 5. Aminoácidos: propriedades químicas Objetivos Efetuar a curva de titulação da glicina. Identificar os valores de pKa1, pKa2 e ponto isoelétrico da glicina a partir da curva de titulação. Utilizar a solução de ninidrina para distinguir a glicina da L-prolina. Introdução Embora, frequentemente, se representem os aminoácidos como contendo um grupo amino e um grupo carboxilo, H2NCHRCO2H, certas propriedades físicas (ponto de fusão, solubilidade e momento de dípolo) e químicas (constantes de acidicidade e basicidade) não estão em conformidade com essa estrutura. As constantes de acidicidade e de basicidade dos aminoácidos são excessivamente pequenas quando comparadas com as constantes de grupos carboxílicos (−−−−CO2H) e amino (−−−−NH2). Por exemplo, a glicina tem valores de pKa próximo de 10 e de pKb próximo de 12, enquanto a maioria dos ácidos carboxílicos têm valores de pKa ~5 e a maioria das aminas alifáticas têm valores de pKb ~ 4. As propriedades físico-químicas dos aminoácidos estão perfeitamente de acordo com uma estrutura iónica dipolar: +H3NCHRCO2¯ As propriedades ácido-base tornam-se, deste modo, compreensíveis, tendo em conta que o Ka e o Kb medidos dizem respeito, respetivamente, à acidicidade de um ião amónio, RNH3+, e à basicidade de um ião carboxilato, RCO2¯ . Tendo em conta a estrutura iónica dipolar dos aminoácidos, pode-se definir o seu ponto isoelétrico (pI) como sendo o valor de pH da solução em que determinado aminoácido não migra, sob a influência de um campo elétrico. Dito de outra forma, o pI é o valor de pH da solução na qual o aminoácido tem carga global nula. A glicina (ácido aminoacético) é o aminoácido mais simples e, é dos aminoácidos naturais, o único que não é quiral. O carbono α é assimétrico (ou quiral) em todos os outros aminoácidos.A configuração dos aminoácidos é especificada, normalmente, pelo sistema D/L. 25 Todos os aminoácidos naturais quirais que fazem parte da constituição das proteínas apresentam configuração L no seu carbono α. A prolina é um aminoácido quiral e, ao contrário da glicina, é uma substância óticamente ativa. O teste com ninhidrina é extremamente sensível para detetar grupos amino e carboxílicos livres em aminoácidos, proteínas e péptidos. Todos os aminoácidos que possuam um grupo amino livre dão um resultado positivo (cor azul arroxeada). No caso da prolina, como o grupo amino não é livre, o teste com a ninidrina dá um resultado negativo (cor amarela). Soluções e material disponível Placa com agitação Pipeta volumétrica de 25 mL Fita de pH Barra magnética Bureta de 50 mL Espátulas Solução aquosa de NaOH 0,1M Medidor de pH Balança Ninidrina a 1% em etanol 2 Copos de 100 mL Copo de 250 mL 2 Balões volumétricos de 50 mL Pipetas de Pasteur (de plástico) Glicina e L-prolina HCl concentrado Tubos de ensaio Funil 26 Procedimento experimental Determinação da curva de titulação da glicina 1- Prepare 50 mL de uma solução aquosa de glicina 0,1M, num balão volumétrico. 2- Calibre o aparelho medidor de pH com as soluções aferidas que lhe são fornecidas. 3- Num copo pequeno, coloque 25,00 mL da solução de aminoácido e adicione, gota a gota, HCl concentrado (no nicho) até o pH ser aproximadamente igual a 1,5 (verifique este valor com a fita de pH). 4- Em seguida, transfira esta solução para um copo maior. 5- Encha uma bureta com a solução aquosa de NaOH 0,1M. 6- Adicione pequenos volumes da solução de NaOH 0,1M à solução do aminoácido, mantendo a agitação constante (Figura 1), e faça um registo da variação do pH com o volume de base adicionado. 7- Interrompa o trabalho quando o valor do pH estiver entre 11,5-12,0. 8- Lave e arrume cuidadosamente o elétrodo do aparelho medidor de pH. Figura 1. Montagem típica para a titulação Distinção entre glicina e L-prolina Prepare 50,00 mL de uma solução aquosa de L-prolina a 5%, num balão volumétrico. Teste com ninidrina 1- Coloque 20 gotas da solução de glicina e L-prolina em dois tubos de ensaio e adicione 3 gotas da solução de ninidrina. 2- Aqueça os tubos de ensaio num banho de água (a ferver) durante 2 minutos. 3- Deixe arrefecer e registe a cor final das soluções. REGISTE AS OBSERVAÇÕES E OS DADOS NO SEU CADERNO DE LABORATÓRIO. 27 No final da aula deve responder às seguintes questões − Represente graficamente a variação de pH com o volume de base adicionado na titulação da glicina. − Identifique no gráfico: a) os pontos correspondentes aos valores de pKa1 e pKa2 da glicina; b) o ponto isoelétrico da glicina; c) as regiões nas quais se pode considerar que a solução se comporta como tampão. − Escreva as estruturas das formas de glicina que predominam nas seguintes regiões: a) pH 1; b) pKa1; c) ponto isoelétrico; d) pKa2; e) pH 11. Bibliografia R. Morrison, R. Boyd, Química Orgânica, Fundação Calouste Gulbenkian. F. A. Carey, Organic Chemistry, McGraw-Hill. 28
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