Experimento - Polarímetro e Carboidrato

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Experimento 4 – Carboidratos
Marina Piccoli* e Aline Quadros* 
Curso de Toxicologia Analítica da UFCSPA
Porto Alegre, RS, 90050-170, Brasil
 Autor de correspondência: marina.piccoli10@gmail.com
RESUMO: 
 Neste experimento, fomos apresentados ao polarímetro – aparelho usado para medir a interação de uma substância com a luz polarizada – e a duas substâncias já prontas, sendo uma de sacarose e outra de sacarose com ácido clorídrico (para realizar sua hidrólise), resultando em frutose mais glicose.
 A luz polarizada caminha numa única direção e sentido. Ao passar por um composto opticamente ativo (composto quiral), a luz poderá ser desviada tanto no sentido horário quanto anti-horário.
 A sacarose, que é opticamente ativa em solução, tem a capacidade de desviar a luz plano para a direita; já quando é feita a hidrólise, e a glicose e frutose estão juntas na mistura, a luz e desviada para a esquerda.
 Com o intuito de comparar ambos os ângulos, observa-se o ângulo de rotação da luz desviada por essas substâncias antes e após sua hidrólise através do polarímetro e calcula-se a rotação específica para fins de comparação com os dados da literatura.
INTRODUÇÃO:
 A isomeria ótica depende essencialmente da presença de um átomo de carbono com quatro substituintes diferentes. Este tipo de átomo de carbono é chamado de carbono assimétrico ou quiral. Essa qualidade faz com que a mudança de posição entre dois grupamentos no átomo de carbono gere uma substância que é a imagem especular da anterior (Figura VIII.5b). Essa nova substância possui as mesmas propriedades físicas da anterior com exceção da atividade biológica, pois os sítios enzimáticos diferenciam essas duas substâncias.[1: Jean Richard Dasnoy Marinho. Química Orgâmica. < http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/fisicae quimica/relacaodedocentes973/jeanricharddasnoymarinho/quimica-organica.pdf > Acesso em: 08/05/2017]
 Os isômeros ópticos são capazes de desviar a luz polarizada, por isso o nome: isômeros ópticos (a diferença está numa propriedade óptica). Caso o isômero óptico provoque um giro da luz polarizada no sentido horário, o enantiômero é denominado dextrorrotatório (D, +). Caso o enantiômero provoque o giro da luz polarizada no sentido anti-horário, o composto é chamado levorrotatório (L, -). O fato de um composto provocar o giro da luz polarizada faz com que ele possua atividade óptica. [2: Maria Patrícia. Apostila de Química Orgânica. < http://www.ufjf.br/cursinho/files/2013/05/4-Apostila-de-Qu%C3%ADmica-Org%C3%A2nica-Maria-Patr%C3%ADcia1.pdf > Acesso em: 08/05/2017]
 Os estereoisômeros tem seus átomos conectados na mesma sequência, mas eles diferem no arranjo de seus átomos no espaço, assim eles podem ser subdivididos em duas categorias gerais. Os isômeros espaciais quando entram na categoria de imagens especulares, são chamados de enantiômeros. Se são isômeros geométricos, porém não são imagem um do outro, são chamados de diastereoisômeros.1 Como pode observar da figura 1:[3: SOLOMONS, FRYHLE. Química Orgânica, Vol. 1, (Porto Alegre: LTC, 2012) p. 191]
Figura 1 - Enantiômeros e Diastereoisômeros
Fonte: Disponível em: https://es.slideshare.net/karitoferrer/estereoquimica-44419139
 Em 1981, Emil Fischer sugeriu um método com base na projeção de um átomo de carbono tetraédrico em uma superfície plana . Essas projeções de Fischer foram logo adotadas e são agora o meio-padrão para representação da estereoquímica em centros quirais, particularmente na química de carboidratos. Uma projeção de Fischer pode ser girada de 180° sobre a folha, mas não de 90° ou 270°. Apenas a rotação de 180 mantém a convenção de Fischer, a de 90 quebra essa convenção ao trocar os grupos que entram no plano e aqueles que saem.[4: John McMurry. Química Orgânica vol 2. (São Paulo: CENGAGE Learning, 2011) p. 910 – 920]
 Quando um monossacarídeo de cadeia aberta sofre ciclização para uma forma de piranose, gera um novo centro de quiralidade no antigo carbono da carbonila e produz mais dois diasteroisômeros, chamados de anômeros. Um exemplo é a Glicose que forma um anômero e .4 
 A - D – glicopiranose pura possui ponto de fusão de 146°C e rotação específica , []D, de +112,2; a - D – glicopiranose pura tem um ponto de fusão de 148 a 155°C e rotação específica de +18,7. Entretanto, quando a amostra pura de um dos anômeros é dissolvida em água, a rotação óptica muda lentamente e no final atinge o valor de +52,6. Essa mudança na rotação óptica é chamada de mutarrotação.4 Desse modo, para a molécula da glicose em solução aquosa, temos as proporções de: 64% de - D – Glicopiranose e 36% de - D – Glicopiranose.[5: George Oliveira. Reações Gerais dos Monossacarídeos < http://www.lchr.org/a/14/c0/Carboidratosf osforilados.htm > Acesso em 17/05/2017]
 Polarímetros são aparelhos que medem diretamente a rotação de polarização, através da medição do ângulo de rotação de um analisador. Num polarímetro, além da fonte luminosa (normalmente luz monocromática que corresponde à risca D do sódio), existem dois obstáculos constituídos por substâncias polarizadoras da luz, situados, respectivamente, antes e depois da câmara onde é introduzido o tubo com a substância opticamente ativa. O primeiro obstáculo é designado por polarizador e o segundo por analisador. As fórmulas utilizadas para o cálculo da concentração das substâncias estão representadas na figura 2. [6: EDUCA. O Polarímetro. < http://educa.fc.up.pt/ficheiros/fichas/652/O%20Polar%EDmetro.pdf > Acesso em: 08/05/2017]
Figura 2 - Fórmulas para calcular as concentrações
 Todos os polarímetros estão equipados com um aparelho óptico que divide o campo em duas ou mais partes adjacentes de modo a que, quando o ponto final é alcançado as secções do campo tomam a mesma intensidade6 (figura 3).Fonte – Acesso em: http://educa.fc.up.pt/ficheiros/fichas/652/O%20Polar%EDmetro.pdf
Figura 3 - explicação do campo óptico
 
Fonte – Acesso em: http://educa.fc.up.pt/ficheiros/fichas/652/O%20Polar%EDmetro.pdf
 As substâncias a serem observadas no polarímetro são: Sacarose e glicose mais frutose. A sacarose é um dissacarídeo que produz 1 equivalente de glicose e 1 equivalente de frutose na hidrólise. Essa mistura 1:1 de glicose e frutose geralmente é chamada de açúcar invertido porque o sinal de rotação óptica inverte durante a hidrólise de sacarose ([a]D = + 66,5) para uma mistura de glicose/frutose ([a]D = - 22,0).[7: John Mcmurry. Química Orgãnica. Ed. 7. (Porto Alegre: CENGAGE, 2012)]
 Com base nos conhecimentos citados a cima, o objetivo do experimento é: observar, com o auxílio de um polarímetro, os desvios das luzes polarizadas apresentados pela substância sacarose e a mistura glicose mais frutose. A partir disso, aplicar os resultados obtidos na fórmula citada e comparar com a literatura vigente.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:
 Tendo em vista que o preparo da solução e o tempo de espera da hidrólise da sacarose levam até dois dias, iniciaram-se os procedimentos apenas como observação. As soluções foram realizadas pela responsável técnica do laboratório.
 Utilizando dois polarímetros, coloca-se em cada: uma solução de sacarose de concentração conhecida e outra solução de sacarose com ácido clorídrico acrescentado.
 Para fazer a leitura, fecha-se a tampa traseira após ser inserida a amostra e observa-se pela viseira. Gira-se o anel do analisador até que o campo de observação fique com sua intensidade de luz igualada. Esse procedimento de igualar as cores mais escuras do campo chama-se leitura nula. Então, verifica-se o ângulo de rotação e anota-se o valor. Este mesmo procedimento de observação é feito para as duas soluções.[8: PAVIA, Donald L. et al. Química Orgânica Experimental, 2ª edição. (Porto Alegre: Bookman, 2009) p. 729.]
RESULTADOS E DISCUSSÕES:
 Durante a realização da
prática, conseguimos obter os valores da rotação específica das substâncias a partir da observação das mesmas no polarímetro, e com a realização de determinados cálculos.
 O primeiro resultado obtido foi o da Sacarose. Esse composto apresentou um ângulo de desvio de 13° com o polarímetro calibrado, inicialmente a 0,0. Diferente da maior parte dos dissacarídeos, a sacarose não é um açúcar redutor e não sofre mutarrotação. Desse modo, é feito o cálculo da rotação específica com equação para líquidos apresentada na introdução, aplicando o ângulo encontrado, a concentração de sacarose (5g/25ml) e com o comprimento do tubo de análise (1dm):[9: John Mcmurry. Química Orgãnica. Ed. 7. (Porto Alegre: CENGAGE, 2012) p. 932]
 [a]D25 C = [a]D25 C = [a]D25 C = +65
 Observa-se que o valor o obtido se aproxima muito do esperado de +66,5. Isso comprova que houve mínimos erros na prática, e essa pequena parcela de diferença, provavelmente se deu por falta de precisão na observação do polarímetro.
 Para descobrir a rotação específica da frutose mais glicose, resultado da hidrólise de sacarose, os cálculos tornam-se mais complexos. Isso ocorre pelo fato da glicose apresentar mutarrotação, assim, o fato do - D – Glicopiranose ter uma contribuição de 62% e o - D – Glicopiranose ter uma de 38% irá interferir nos cálculos.
 Sabendo de que a rotação específica do - D – Glicopiranose é de +18,7, a do - D – Glicopiranose é +112,2 e quanto cada uma contribui na mutarrotação, pode calcular o valor da mesma:
[a]D25 C ( G +G) = = 52,36
 O resultado calculado foi muito perto do encontrado na literatura, de +52,6, provando que as contas realizadas estão corretas. O resultado da frutose, assim como o da glicose, estava expresso no relatório, -92,3.
 Sabe-se que a hidrólise de sacarose resulta em glicose mais sacarose 1:1, assim 50% da sacarose se transformara em frutose e 50% em glicose, sendo 18% para glicose e 32% para glicose . Com esses valores, calcula-se a rotação específica da Glicose mais frutose:
[a]D25 C = = -19,97
 Como nas outras contas, o resultado apresentado também se encontra muito próximo do desejado de -22, a pequena diferença deve se dar, principalmente, a divergências dos valores utilizados no cálculo com a literatura vigente.
 Como a hidrólise dessa sacarose foi deixada dias ocorrendo, deduz-se que a transformação para frutose e glicose foi completa. Assim como a mistura é de 1:1 e a quantidade inicial de sacarose era 5g, teremos 2,5g de frutose e 2,5g de glicose, sendo 0,9g de glicose e 1,6g de glicose . Assim com as concentrações obtidas, descobre-se o ângulo de rotação dessa substância:
[a]D25 C(Frutose) = -92,3 = = - 9,23
[a]D25 C(G) = 112,2 = = +4,0392
[a]D25 C(G) = 18,7 = = +1,1968 
(F + G + G) = 4,0392 + 1,1968 – 9,23 = - 3,994
 Comparando o resultado obtido com o anotado na prática, de -4, observa-se que os mesmos foram praticamente iguais, concluindo que a observação foi um sucesso, com erros mínimos na precisão dos dados utilizados.
CONCLUSÃO:
 Neste experimento, pode-se aprender como ocorre o desvio da luz por um composto opticamente ativo, além disso, observou-se como o fenômeno de mutarrotação pode interferir na obtenção da rotação específica de certas misturas.
 Ao compararmos os resultados obtidos através das análises feitas dos cálculos, chega-se à conclusão de que a observação foi um sucesso, com erros mínimos na precisão dos dados utilizados comparados ao disponíveis na literatura. Entretanto, é importante ressaltar que o polarímetro é um aparelho que apresenta certa dificuldade de visualização do campo óptico, com isso, muitas duplas obtiveram resultados diferentes a partir da mesma substância. 
REFERÊNCIAS: 
MARINHO D. R. J. Química Orgâmica. Disponível em: http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/fisicaequimica/relacaodedocentes973/jeanricharddasnoymarinho/quimica-organica.pdf. Acesso em: 08/05/2017
PATRÍCIA M. Apostila de Química Orgânica. Disponível em: http://www.ufjf.br/cursinho/files/2013/05/4-Apostila-de-Qu%C3%ADmica-Org%C3%A2nica-Maria-Patr%C3%ADcia1.pdf. Acesso em: 08/05/2017
SOLOMONS, FRYHLE. Química Orgânica, Vol. 1. 10ª Ed. Porto Alegre: LTC, 2012, 648p.
MCMURRY, J. Química Orgânica, Vol. 2. 7ª Ed. São P,aulo: CENGAGE learning, 2011, 592 p.
OLIVEIRA, G. Reações Gerais dos Monossacarídeos. Disponível em: http://www.lchr.org/a/14/c0/Carboidratosfosforilados.htm. Acesso em: 17/05/2017
EDUCA. O Polarímetro. Disponível em: http://educa.fc.up.pt/ficheiros/fichas/652/O%20Polar%EDmetro.pdf Acesso em: 08/05/2017