Relatório - Extração Líquido-líquido

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OBJETIVOS
Aprender técnicas de laboratório utilizadas na síntese e purificação de compostos orgânicos; manusear equipamentos e isolar compostos orgânicos em mistura. Isolar a cafeína presente no chá preto e calcular o rendimento obtido.
INTRODUÇÃO
Muitos produtos naturais ocorrem em tecidos de animais ou de plantas com alta proporção de água, com isso técnicas de extração, como a extração líquido-líquido e a decocção são empregadas para isolar esses compostos. 
A cafeína (3,7-diidro-1,3,7-trimetil-1H-purina-2,6-diona) é classificada como alcaloide, e é pertencente ao grupo das xantinas. Ela atua sobre o sistema nervoso central, aumentando a produção de suco gástrico, decorrente da alteração metabólica ocasionada pela mesma. Devido ao estímulo do sistema nervoso, a cafeína favorece o estado de alerta.
A cafeína é, atualmente, a droga mais consumida no mundo, pois é encontrada diversos alimentos que são consumidos no dia a dia, tais como chocolate, café, guaraná, refrigerantes de cola, cacau e chá-mate, é possível encontrá-la também em alguns analgésicos e inibidores de apetite. Por essa gama de possibilidades de consumo é que ela possui tal status.
A decocção é uma técnica de extração de compostos orgânicos a quente em sistema aberto, onde o material a ser extraído é colocado em um solvente, geralmente água, e colocado em para ferver durante alguns minutos. Seu emprego é restrito, pois muitas substâncias ativas são alteradas pelo aquecimento prolongado e é empregada com materiais vegetais duros de natureza lenhosa.
Segundo Vogel (1989), a extração líquido-líquido (ELL) é um dos processos mais utilizados para purificação e separação de compostos orgânicos neutros de uma solução em meio aquoso por agitação com um solvente orgânico em que um componente é solúvel e o outro é imiscível (ou quase imiscível) em água. 
Na ELL, os solventes devem ser imiscíveis, formando duas fases separadas. A fase orgânica é a fase móvel e fase aquosa é a fase estacionária. Após o processo de separação, a fase aquosa é colocada novamente no funil para ser feita uma extração, com o solvente utilizado, visando evitar que parte do material orgânico fique na fase aquosa, que geralmente é dispensado após esse processo, pois é na fase móvel que são feitos o isolamento e a concentração do composto.
Os solventes geralmente empregados neste tipo de extração, são: dietil éter, diclorometano, diisopropil éter, tolueno. Alguns fatores devem ser considerados para a escolha do solvente como a solubilidade da substância a ser extraída e a facilidade com que o solvente pode ser separado do soluto. 
Alguns testes podem ser feitos para verificar se o solvente a ser utilizado é adequado a extração de um composto, como por exemplo, a dissolução de 1,0 g da mistura em uma pequena quantidade do solvente, e se mais que 10mL forem necessários, deve ser feita a troca do solvente.
Coeficiente de Distribuição 
Após a agitação de uma solução com um segundo solvente imiscível no primeiro, o soluto se distribui entre as duas fases líquidas, quando as fases se separam em duas camadas, estabelece-se um equilíbrio tal que a razão das concentrações do soluto em cada fase é uma constante, chamada de coeficiente de distribuição (ou de partição) (K). K = C2/C1 onde C1 e C2 são as concentrações no equilíbrio em gramas por litro do soluto A no solvente 1 e no solvente 2 respectivamente. O coeficiente de distribuição é constante para cada soluto e depende da natureza dos solventes utilizados em cada uso. 
Nem todo soluto será transferido para o solvente 2 em uma única extração, a menos que K seja muito grande. Normalmente para que se remova todo o soluto do solvente é necessário que se faça várias extrações.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Neste experimento, o processo envolveu duas etapas: a) extração sólido-líquido - cafeína do chá-preto foi extraída para uma solução aquosa; e b) líquido-líquido - cafeína foi extraída da fase aquosa (A Figura 1 mostra o esquema da aparelhagem utilizada nas extrações).
	
	
	
	
	
A
	
B
	
C
	
D
Figura 1. Aparelhagem utilizada no procedimento abaixo.
Etapa 1: Obtenção da cafeína de chá preto (Extração sólido-líquido)
Em Erlenmeyer de capacidade 250 mL, foi pesado 1,0 g de carbonato de cálcio (CaCO3) e adicionou-se 10 mL de água destilada.
Foi aquecido em chapa quente até dissolver todo o material sólido. 
Adicionou-se a esta solução 1,0 g de chá preto e tampou-se o erlenmeyer (vidro de relógio).
A mistura foi aquecida (Fig. 1A), sob agitação ocasional, até ebulição durante 20 minutos. 
Filtrou-se a mistura a quente (Fig. 1B) e resfriou-se, até atingir a temperatura ambiente em banho de gelo, a solução contendo chá.
A solução filtrada foi transferida para um funil de separação de capacidade de 125 mL (Fig. 1C), suportado por um aro conectado a um suporte universal. 
Etapa 2: Extração da cafeína da fase aquosa (Extração líquido-líquido)
Adicionou-se ao funil de separação 10 mL de diclorometano (CH2Cl2) e o fechou-se com tampa esmerilhada;
A solução foi agitada suavemente para evitar a formação de emulsão. Abriu-se a torneira do funil de tempos em tempos para normalizar a pressão interna e deixou-se o funil em repouso para ocorrer a separação das fases;
Extraiu-se a fase orgânica em um erlenmeyer de 125 mL (observou-se a diferença de densidade);
A operação foi repetida por mais duas vezes com igual volume de CH2Cl2 (2 x 10 mL) e as fases orgânicas foram combinadas (Fig. 1C); 
Utilizou-se algodão para reter a água da fase orgânica e filtrou-se em um erlenmeyer; 
A parte do solvente foi eliminada da fase orgânica utilizando capela de exaustão;
Transferiu-se o restante do material extraído para frasco limpo de penicilina e pesado, e deixou-se evaporar o restante do solvente.
Pesou-se o frasco contendo a cafeína para se conhecer a massa obtida;
Calculou-se a porcentagem em massa da cafeína extraída em relação à massa do chá, utilizando a seguinte equação: 
% (m) = [m (cafeína extraída)/ m (chá)] x 100 ou R.P. = R.R/R.T. x 100
Onde, R.P = rendimento percentual; R.R. = Rendimento real; R.T = Rendimento teórico.
RESULTADOS
Durante o processo de decocção, foi utilizado o carbonato de cálcio (CaCO3) com o objetivo de hidrolisar os taninos, que serão convertidos em sais que são solúveis em água, mas não solúveis em solventes orgânicos. Como o objetivo da extração é separar a cafeína das outras substâncias presentes no chá, esta etapa torna-se necessária para promover uma melhor eficiência na extração. 
Após a evaporação completa do solvente utilizado na extração, foi possível medir a massa de cafeína extraída a partir de um grama do chá preto utilizado. Com a massa medida, foi possível calcular o rendimento.
Para o cálculo de rendimento foi utilizada a seguinte fórmula: 
% (m) = [m (cafeína extraída)/ m (chá)] x 100
% (m) = [0,006g/ 1g)] x 100 
% (m) = 0,6%
Como mostram os dados acima, obteve-se 6,0 mg de cafeína, com um rendimento de 0,6% (m/m). 
DISCUSSÃO E CONCLUSÃO
A cafeína apresenta grande solubilidade em diclorometano que um solvente pouco polar, portanto esse solvente foi adicionado à solução para a extração líquido-líquido tornando a mistura do funil bifásica, sendo a parte superior a fase aquosa, que é imiscível com a parte inferior orgânica (diclorometano). Dessa forma, foi possível extrair a cafeína presente na fase orgânica.
Faz-se necessário observar que o rendimento da reação foi baixo devido ao produto principal (cafeína) precisar ser solubilizado em um solvente orgânico (diclorometano) caracterizando uma reação rejosseletiva, reação com formação de dois produtos em proporções diferentes. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
VOGEL, A.I. Textbook of Practical Organic Chemistry. 5th edition, Ed. Longman Scientific & Technical, 1989.
SOUSA, Rafael. Métodos Clássicos de Separação. Disponível em: <http://www.ufjf.br/baccan/files/2010/10/Aula-8-M%C3%A9todos-Cl%C3%A1ssicos-de-Separa%C3%A7%C3%A3o-Modo-de-Compatibilidade.pdf>. Acessado em: 25/07/2017
MIYAKE, Thaila.Métodos de Extração e Fracionamento de Extratos Vegetais. Disponível em: <http://www.uepg.br/fitofar/dados/tecnicasextrativas.pdf>. Acessado em: 25/07/2017 
Centro de Informação Metal Mecânica. O Que É Emulsão. Disponível em: < http://www.cimm.com.br/portal/verbetes/exibir/200-emulsao>. Acessado em: 25/07/2017
ARAGUAIA, Mariana.	"Cafeína"; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/drogas/cafeina.htm>. Acessado em 25/07/2017.
ANEXOS
Questionário Relacionado ao Experimento
Descreva os princípios e conceitos básicos envolvidos na extração por solventes.
A extração líquido-líquido é uma técnica em que uma solução aquosa é colocada em contato com um segundo solvente orgânico imiscível com o primeiro solvente, a fim de colocar a transferência de um ou de mais de um soluto para o segundo solvente. As separações que se podem fazer são simples, limpas, rápidas, convenientes, em muitos casos a separação pode ser efetuada pela agitação durante alguns minutos, num funil de separação.
Esse tipo de extração é utilizado na química orgânica, para separação, purificação e concentração de certas substâncias de misturas que ocorrem na natureza. Esse método está baseado na propriedade física da substância: a solubilidade.
Pode-se usar o método da extração com solventes para se extrair cafeína do café e das folhas de chá, essências aromáticas das flores ou o açúcar da cana de açúcar.
Os solventes mais utilizados na extração são: clorofórmio, acetona, dissulfeto de carbono, álcool e água.
Discuta a diferença entre uma ELL descontínua e uma ELL contínua. 
Se a substância for mais solúvel no solvente orgânico do que na água, recorre-se ao método descontínuo. Caso contrário, utiliza-se o método contínuo. 
Como proceder para escolher o solvente ideal em uma extração líquido-líquido? Explique por que o diclorometano foi o solvente de escolha para extrair a cafeína.
O solvente adequado para cada extração requer a análise de alguns critérios, tais como: apresentar baixa solubilidade em água para possibilitar a formação de duas fases; solubilizar consideravelmente a substância que se deseja extrair (solventes apolares para substâncias apolares e solventes polares para as polares); ser quimicamente inertes (não reagir com as substâncias a serem extraídas); apresentar volatilidade razoável (baixo ponto de ebulição), para que possam ser evaporadas facilmente, permitindo, assim, o rápido isolamento do produto desejado; apresentar baixo custo e baixa toxicidade. Os mais utilizados são: éter dietílico, pentano, hexano, clorofórmio, diclorometano, acetato de etila, tetracloreto de carbono, tolueno e butanol.
O que você entende por emulsão e como proceder para eliminá-la?
Emulsão é uma mistura líquida heterogênea de duas ou mais fases, normalmente não miscíveis entre si, mas mantida em suspensão uma na outra, por forte agitação ou emulsionantes que modificam a tensão superficial. Para eliminá-la deve-se deixar as soluções em repouso por alguns minutos para quebrar a emulsão. Se persistir, adicionar mais solvente ou água, às vezes, será suficiente. Não resolvendo, deve-se tentar adicionar sais (NaCl ou Na2SO4) a fase aquosa e em casos mais renitentes deve-se centrifugar a mistura ou efetuar filtração por gravidade, pois poderá destruir uma emulsão por remover substâncias poliméricas.
Por que é necessário utilizar uma solução aquosa básica para extrair a cafeína?
Ao adicionar-se uma solução aquosa básica no processo, os taninos podem ser hidrolisados e convertidos em seus respectivos sais (solúveis em água e insolúveis em solventes orgânicos).
Quais as vantagens da técnica utilizada e as dificuldades encontradas na obtenção da cafeína?
Vantagens: Processo realizado à temperatura ambiente ou temperatura moderada; possibilidade de utilização de solventes com boa capacidade de extração ou seletivos; possibilita controle de pH, força iônica e temperatura. Dificuldades:
Explique por que no procedimento experimental alternativo para obtenção da cafeína será necessário a utilização de uma solução aquosa de NaOH e com uma porção de água destilada.
É uma espécie e lavagem, em que elimina substâncias indesejáveis como taninos e flavonóides, que são convertidos em sais de sódio.
Discuta a físico-química da extração com solventes e faça uma revisão sobre constante de distribuição ou de partição;
A mistura de duas substâncias (A e B) dissolvidas em água, teoricamente, pode ser separada pela adição de um solvente orgânico imiscível com a água, desde que A e B tenham solubilidades diferenciadas (isto é, se A for mais solúvel do que B no solvente orgânico). Entretanto, quando uma solução (soluto A em solvente 1) é agitada com um segundo solvente (solvente 2) com o qual é imiscível, o soluto A se distribui entre as duas fases líquidas e quando as duas fases se separarem novamente em duas camadas de solvente distintas, um equilíbrio será alcançado de tal forma que a razão das concentrações do soluto (C1 e C2) em cada solvente define uma constante (K), a qual é chamada de coeficiente de distribuição ou de partição e é definida pela razão entre as concentrações em cada solvente por K = C1 / C2, onde C1 e C2 são as concentrações no equilíbrio, em g/L ou mg/mL, do soluto A nos dois solventes. O coeficiente de partição (K) é constante para cada soluto considerado a uma temperatura t e depende da natureza dos solventes usados em cada caso. Em um processo de extração, nem todo soluto A será transferido para o solvente 2, a não ser que K seja muito grande. Por isso, para remover todo soluto A do solvente 1, é recomendado usar várias porções pequenas do segundo solvente do que fazer uma única extração com uma porção grande.
Por que a água é geralmente usada como um dos solventes na extração líquido-líquido?
A água é usada como um dos solventes na extração líquido-líquido, uma vez que a maioria dos compostos orgânicos são imiscíveis em água e porque ela dissolve compostos iônicos ou altamente polares. Os solventes mais comuns que são compatíveis com a água na extração de compostos orgânicos são: éter etílico, éter diisopropílico, benzeno, clorofórmio, tetracloreto de carbono, diclorometano e éter de petróleo. Estes solventes são relativamente insolúveis em água. Nas extrações com água e um solvente orgânico, a fase da água é chamada "fase aquosa" e a fase do solvente orgânico é chamada "fase orgânica".
Pode-se usar etanol para extrair uma substância dissolvida em água?
O etanol não poderá ser utilizado para extrair uma substancia dissolvida em água. Pois, este é um composto polar devido a sua hidroxila (OH), sendo semelhante à molécula da água (polar) tornado uma solução miscível (somente uma fase).
Faça uma revisão da extração com solventes descontínua e compare com a contínua, enfatizando as diferenças e vantagens.
No método descontínuo não é conveniente separar as substâncias da mistura com muito solvente de uma só vez. O melhor é repetir a operação várias vezes com pequenas porções do solvente, sempre puro, pois isso garante resultados finais muito mais rendosos. Quando a solubilidade do soluto é maior em água, do que no solvente orgânico, não pode ser feito utilizando o método descontínuo, pois o quantidade de solvente utilizado seria muito grande, tornando inviável o processo. Com isso deve ser utilizado contínuo, onde o solvente é evaporado em um balão separado do balão contendo o material a ser extraído, condensando neste balão. Com esse processo, o soluto vai, aos poucos, passando para o solvente orgânico.
Qual o princípio básico do processo de extração com solventes (extração líquido-líquido)?
O processo de extração com solvente é uma método, estabelecido para que haja a separação e isolamento de compostos presentes em uma mistura, além disso serve para a retirada de impurezas solúveis. Onde a eliminação destas é uma processo conhecido como lavagem.
Qual fase orgânica (superior ou inferior) será mais densa se uma solução aquosa for tratada com:
Éter etílico: O éter etílico ficará na parte superiorClorofórmio: O clorofórmio ficará na parte inferior
Acetona: A acetona ficará na parte superior
N-hexano: O n-hexano ficará na parte superior
Benzeno: O Benzeno ficará na parte superior
	Substancias
	Densidade (g.cm3 )
	Água
	1,0 
	Éter etílico
	0,713
	Clorofórmio
	1,49
	Acetona
	0,784
	N-hexano
	0,659
	Benzeno
	0,876
O que você entende por densidade de um líquido?
Relação entre a massa (m) e o volume (v) de determinado material líquido.