Relatório 3 6 semetre

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�Universidade Norte do Paraná
Unidade Arapongas��
EXTRAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS POR ARRASTE A VAPOR
Discente: Adriana C. Fileti
 Kaellen O. Caleffi
Disciplina/Semestre: Química Orgânica Experimental / 6° semestre
Docente: Camila B. do Nascimento
Arapongas 2014�
RESUMO
A destilação por arraste de vapor tem a função de destilar líquidos imiscíveis de substâncias que se decompõem nas proximidades de seus pontos de ebulição simultaneamente. Neste experimento foi realizada a extração do cimaldeído presente na canela o qual se obteve rendimento de 3,14 % e do eugenol presente no cravo com rendimento de 2,86 %, rendimentos estes abaixo do descrito nas literaturas pesquisadas.
INTRODUÇÃO 
No processo de destilação por arraste a vapor, um ou mais líquidos imiscíveis em água são destilados conjuntamente. Muitas substâncias orgânicas se decompõem quando em temperaturas próximas de seu ponto de ebulição, portanto, a co-destilação com água previne a decomposição, uma vez que a mistura a ser destilada entra em ebulição a uma temperatura inferior ao ponto de ebulição da água. Esse tipo de destilação depende da imiscibilidade entre as substâncias orgânicas e a água. De acordo com a lei de Dalton sobre as pressões parciais dos gases, num sistema contendo vapores imiscíveis, cada componente exerce sua própria pressão de vapor, independentemente dos outros componentes presentes. Portanto, a pressão de vapor total sobre a mistura é igual à soma de vapores de cada componente (PERUZZO, 1993).
Para Vogel et al. (2005) é o tipo de destilação utilizada para isolar substâncias que se decompõem nas proximidades de seus pontos de ebulição e que são insolúveis em água ou nos seus vapores de arraste. Esta técnica é também aplicada para resinas e óleos naturais que podem ser separados em frações voláteis e não voláteis e na recuperação de sólidos não arrastáveis pelos vapores de sua dissolução, na presença de um solvente com alto ponto de ebulição.
Os óleos Essenciais são compostos orgânicos voláteis contidos em alguns vegetais, podendo ser extraídos através de processos específicos como a destilação por arraste a vapor, a compressão, bem como através da extração por solventes de folhas, flores, cascas, caules, madeiras e raízes. (BIZZO et al. 2009).
Um dos óleos essenciais mais importantes no mercado mundial é obtido da parte interna das cascas de Cinnamomum zeylanicu Blume, conhecida como canela-da-índia. A canela é utilizada mundialmente na culinária e perfumaria, devido às suas propriedades condimentares e aromáticas que vêm do cinamaldeído (ALMEIDA, 1993).
Estrutura Orgânica Cinamaldeído: 
O óleo de cravo é uma substância fenólica obtida da destilação das folhas, caule e flores do cravo-da-índia (Syzygium aromaticum), que apresenta na composição de 70 a 95% do seu princípio ativo, o eugenol (Mazzafera, 2003).
Estrutura orgânica Eugenol:
Esta prática teve como objetivo compreender a técnica de arraste a vapor e o que ocorre com a temperatura de ebulição da mistura.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais e Reagentes 
Água destilada;
Balão de fundo redondo;
Cloreto de metileno;
Cravo da índia;
Canela;
Sulfato de sódio anidro;
Evaporador rotativo;
Destilador;
Erlenmeyer 125 mL;
Frasco coletor (erlenmeyer 250 mL);
Funil de separação 250 mL;
Funil simples;
Garras metálicas;
Manta térmica;
Papel filtro;
Suporte universal;
Balança;
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
Procedimento 1: Extração do cinamaldeído
 Montou-se a aparelhagem para destilação. Utilizou-se um erlenmeyer de 250 mL como frasco coletor, a fonte de calor utilizada foi uma manta elétrica. Pesou-se 35 g de canela e adicionou-se no balão juntamente com 150 mL de água.
 A seguir iniciou-se o aquecimento de modo lento, mas constante, de destilação. Continuou-se a destilação até coletar 50 mL do destilado.
Transferiu-se o destilado para o funil de separação. Extraiu-se o destilado com 4 porções de cloreto de metileno (20 mL cada). A seguir separaram-se as camadas e desprezou-se a fase aquosa.
Para a secagem da fase orgânica utilizou-se o sulfato de sódio anidro. Filtrou a mistura em papel pregueado diretamente no um balão de fundo redondo previamente tarado, lavou a mistura com uma pequena porção de diclorometano e em seguida retirou-se o solvente no evaporador rotativo até que restasse somente o resíduo oleoso. Secou-se o balão e pesou. Calculou-se a porcentagem de extração de cinamaldeído, baseado na quantidade original de canela usada.
Procedimento 2: Extração Eugenol
Montou-se a aparelhagem para destilação. Utilizou-se um erlenmeyer de 250 mL como frasco coletor, a fonte de calor utilizada foi uma manta elétrica. Pesou-se 35,026 g de cravo e adicionou-se no balão juntamente com 150 mL de água.
 A seguir iniciou-se o aquecimento de modo lento, mas constante, de destilação. Continuou-se a destilação até coletar 50 mL do destilado.
Transferiu-se o destilado para o funil de separação. Extraiu-se o destilado com 4 porções de cloreto de metileno (20 mL cada). A seguir separaram-se as camadas e desprezou-se a fase aquosa.
Para a secagem da fase orgânica utilizou-se o sulfato de sódio anidro. Filtrou a mistura em papel pregueado diretamente no um balão de fundo redondo previamente pesado (130,9 g), lavou a mistura com uma pequena porção de diclorometano e em seguida retirou-se o solvente no evaporador rotativo até que restasse somente o resíduo oleoso. Secou-se o balão e pesou. Calculou-se a porcentagem de extração de cinamaldeído, baseado na quantidade original de cravo usada.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Procedimento 1: Extração do cinamaldeído
O processo de destilação por arraste a vapor baseia-se na diferença de solubilidade de alguns componentes da planta no vapor d’água. É um processo simples e econômico, quando utilizado em grande escala. Consiste na passagem de uma corrente de vapor d’água pela matéria-prima vegetal, arrastando os componentes voláteis e condensando em seguida. No condensado formam-se duas fases a serem separados: o óleo essencial e água residual que consiste na mistura de água com os compostos solúveis (STEFFANI, 2003).
A destilação por arraste de vapor é preferida à destilação simples quando se trata de óleos essenciais por ser mais adequada, devido à temperatura que a destilação acontece ser menor do que o ponto de ebulição dos compostos, isso garante que os compostos não se desintegrem a altas temperaturas, pois como o sistema é fechado, a pressão no inferior do aparelho é alta e favorece que a água que é utilizada neste caso, entre em ebulição em temperatura menor do que o normal assegurando a integridade do produto final (STEFFANI, 2003).
Segundo Van Ness (2000), fazendo uma solução ideal de Raoult a pressão parcial de cada componente em solução é dependente da pressão de vapor dos componentes individuais e da fração molar dos mesmos componentes. A destilação por arraste de vapor é uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água (vapor). Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Assim, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura menor que 100°C, que é o ponto de ebulição da água. A técnica da destilação por arraste de vapor envolve duas substâncias imiscíveis: a água e a mistura a ser destilada. De acordo com a lei de Dalton, a pressão total de vapor acima de uma mistura de duas fases é igual à soma da pressão de vapor dois componentes puros individuais.
A extração é um processo de separação de compostos que consiste em transferir uma substância da fase na qual se encontra para outra fase líquida. Após a separação das duas fases, estabelece-se uma situação de equilíbrio em que a relação das concentrações do soluto nas duas fases é uma constante "K" (coeficiente de partição) (SIMÔES,1999). 
Quando um soluto "S", o qual se dissolve em éter (solvente A) na proporção de 12 g/100 mL e dissolve em água segundo (solvente B) na proporção de 6 g/100 mL. O coeficiente de partição (K= 2) como mostra equação abaixo:
 K = CA / CB
Onde CA e CB são as concentrações do soluto "S" nos solventes A e B.
 K= 12 g/100 mL / 6 g/100 mL
 K= 2
Se à extração for realizada com duas porções de 50 mL de éter o coeficiente de partição será (K= 4) com mostra a equação abaixo:
 K= 12 g/50 mL / 6 g/100 mL
 K= 4
 O coeficiente de partição depende da natureza do solvente usado em cada caso e da temperatura. A eficiência da extração está diretamente relacionada com a quantidade de solvente empregado e, principalmente, com o número de vezes (ciclos) em que a extração é repetida (SIMÕES, 1999). Assim, mesmo que o volume final de solvente extrator a ser empregado seja o mesmo (p.ex. 100 mL) obtém-se maior quantidade de soluto extraído realizando 2 extrações com volumes de 50 mL . 
A temperatura observada no início do processo de destilação, ou seja, quando começou a coleta do destilado foi de 87°C, abaixo do ponto de ebulição da água, como previsto, isso evita a decomposição do cinamaldeído. Após obter 50 mL do destilado foi necessário realizar a separação da fase aquosa do óleo, utilizando diclorometano um solvente orgânico apolar incolor. O diclorometano tem mais afinidade com o óleo, separando-o da fase aquosa.
Adicionou-se o diclorometano na mistura e agitou-se lentamente por três vezes retirando a pressão gerada em cada uma delas, ao deixar em repouso observou-se uma linha de separação entre as fases, indicando que o diclorometano e o óleo se separaram da fase aquosa. Onde a fase aquosa (menos densa) apresentou-se na parte superior do funil e o diclorometano juntamente com o óleo (mais densa) apresentou-se na parte inferior do funil. O diclorometano tornou-se menos incolor e mais turvo devido à presença do óleo. O destilado foi extraído com quatro porções de diclorometano, sendo que a cada extração notou-se que a solução aquosa apresentava-se cada vez mais transparente e o diclorometano cada vez mais turvo, indicando que uma boa parte do óleo extraído fora transferido. 
 
 Funil de separação
 Fonte: GLOOGLE
Adicionou-se na mistura orgânica sulfato de sódio anidro para a retirada completa da água. Filtrou a mistura em papel filtro pregueado diretamente em um balão de fundo redondo previamente tarado, em seguida retirou-se o solvente no rota evaporador. 
A massa obtida de cinamaldeído foi de 1,1 g e com isso foi possível calcular o rendimento da extração do mesmo a partir da massa inicial de canela.
Calculo do rendimento:
35 g de canela ----------------------------100%
1,1 g de cinamaldeído extraído ------- x
 X = 3,14 %
De acordo com Santurio et al. (2007), a canela é constituída, basicamente, por cinamaldeído (75%). O rendimento obtido no experimento foi baixo comparado com o resultado encontrado na literatura, a extração líquido-líquido compreende várias fases que habitualmente provocam perdas do analito durante o processo. Freqüentemente, a manipulação durante a análise é a maior fonte de erros, o baixo rendimento pode ser também devido ao fato de existir outras substâncias presentes na canela além do cinamaldeído, fazendo com que o valor total do produto no final do experimente seja baixo.
Procedimento 2: Extração Eugenol
O sistema de destilação funcionava da seguinte forma: o condensador era constituído de dois tubos concêntricos, separados por uma interface através da qual ocorreriam as trocas térmicas. Na região mais externa, circulava água da torneira sob um fluxo constante; na mais interna, circulavam os vapores advindos do balão de destilação. À medida que a pressão de vapor do balão de destilação se igualasse à pressão atmosférica e as moléculas do sistema entrassem em ebulição, elas, por serem menos densas que a fase líquida, atingiam o topo da coluna de destilação por convecção e, então, entravam no condensador. Assim que os vapores quentes entravam em contato com a água a uma temperatura razoavelmente baixa, o choque térmico entre vapor e líquido provocava a condensação do vapor d’água e do óleo, formando uma emulsão leitosa. Considerando-se que as trocas de calor entre vapor e água do condensador ocorrem até o final do experimento, é por esta razão que se faz necessário manter o fluxo regular de água no condensador: a fim de garantir que as duas fases não entrem em equilíbrio térmico, mantendo constante a diferença de temperatura entre o líquido que circula pelo condensador e os vapores que adentram o aparelho. À medida que se formavam quantidades razoáveis de emulsão, estas, por ação da gravidade, desciam pelo condensador que se encontrava inclinado e atingiam o erlenmeyer usado para a coleta. 
O gotejamento da mistura óleo-água deu-se a partir de 70ºC, chegando a atingir constantes 76ºC durante todo o processo. Esse gotejamento, durante todo o tempo, permaneceu a uma velocidade adequada e constante, através do cuidado com o aquecimento.
Figura 1 - Sistema de Destilação
Fonte: GOOGLE.
Foi possível visualizar que o tamanho dos cravos reduzia-se conforme o experimento se desenvolvia, seja pela vaporização do eugenol ou pela concentração da solução aquosa do balão, de forma que esta passou de uma coloração amarelada para tons cada vez mais escuros. Após a finalização da destilação por arraste de vapor, observou-se que, a solução presente no balão possuía uma coloração amarronzada, em um sinal de que boa parte dos constituintes do cravo haviam sido solubilizados em água. 
Para extração dos óleos essenciais, a destilação por arraste a vapor, método mais difundido, empregado para separar misturas imiscíveis, ou seja, não se dissolvem em água, por serem substâncias apolares. Os componentes de uma mistura imiscível “fervem” a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Assim, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água, pode ser destilada à temperatura menor que 100°C, ponto de ebulição da água (TRANCOSO 2013).
O calor do vapor de água faz com que as paredes celulares se abram. Dessa forma, o óleo que está entre as células evapora junto com a água e vai para o tubo de resfriamento onde retornam ao estado líquido, sendo apresentados em duas fases: a fase aquosa e a fase orgânica, imiscíveis, (MOREIRA 2009).
A interação entre a água e o óleo de cravo na emulsão ocorre através de ligações de hidrogênio, como mostra a figura abaixo.
Figura 2 – Interação entre água e óleo
Fonte: COELHO, 2012, p.12.
 
 Uma vez que o ponto de ebulição da água é muito elevado para que esta fosse vaporizada, foi necessário realizar uma extração líquido-líquido com um solvente orgânico predominantemente apolar, sendo o diclorometano (CH2Cl2) o solvente orgânico escolhido, um líquido incolor com densidade superior à da água, constituindo a fase inferior da mistura imiscível, de forma que, a cada extração, o soluto migrasse para este segundo solvente sendo, assim, solubilizado.
Após a primeira agitação do funil em que os líquidos foram colocados, observou-se uma linha de separação entre as fases bem nítida e espessa, indicando que as partículas de óleo realmente estavam migrando da solução aquosa em direção do diclorometano. Posteriormente ao repouso da mistura, notou-se que a emulsão, antes leitosa e de coloração branca, tornou-se mais clara. O diclorometano, por sua vez, tornou-se menos incolor e mais turvo. A segunda e terceira extração foi semelhante à primeira, com a única diferença de que a solução aquosa estava mais transparente e, a de diclorometano, mais turva, em um pleno indício de que boa parte do óleoextraído fora transferido.
Para Marques (2012), Quando o eugenol passa da solução aquosa para o diclorometano, ocorre interações dipolo induzido entre o carbono do CH2Cl2 e a cadeia carbônica do eugenol.
Segundo Peixoto (2009), o diclorometano é utilizado como um solvente orgânico para dissolver o óleo arrastado, resultando em uma solução óleo-diclorometano, apresentando uma mistura heterogênica bem definida com a água. A pressão gerada no agitamento do funil de separação deve-se a alta volatilidade do diclorometano.
A mistura foi levada ao rota evaporador para separar o solvente (diclorometano) do produto principal (eugenol) através de evaporação. 
O Sulfato de sódio anidro foi utilizado por ser um dessecante, Coelho (2012), afirma que os agentes dessecantes são substancias que tem a propriedade de absorver vapores de agua, por meio de uma ação química ou física. Dos agentes dessecantes mais utilizados encontram-se: cloreto de cálcio (CaCl2), ácido sulfúrico concentrado (H2SO4), óxido de cálcio (CaO) e alumínio (Al2O3), perclorato de magnésio(Mg(ClO4)2) e sílica gél.
A massa obtida de eugenol foi de 1 g e com isso foi possível calcular o rendimento da extração do mesmo a partir da massa inicial de cravo como mostrado abaixo.
35 g de cravo ----------------------------100%
1g de eugenol extraído --------------- x
 X = 2,86 %
Marques (2006) afirma que o conteúdo total de óleo em cravos (de boa qualidade) chega a 15%. O óleo é constituído, basicamente, por eugenol (70 a 80%), acetato de eugenol (15%) e beta-cariofileno (5 a 12%).
O rendimento obtido foi baixo e este resultado deve-se a possíveis erros no manuseio do destilador e do rota evaporador e pode-se em futuros experimentos realizar a fim de se obter um rendimento mais expressivo aumentar o número de extrações líquido-líquido caso se disponha de solvente extrator(orgânico) em abundância, aumentando o rendimento da própria extração, empregar uma destilação fracionada, havendo um maior número de pratos teóricos.
 Apesar de todos os aprimoramentos possíveis, não é possível obter um rendimento muito alto, visto que o eugenol não é o único constituinte do cravo. Portanto, é possível obter, no máximo, um valor próximo, mas ainda assim inferior ao citado na literatura.
CONCLUSÃO 
 
Neste experimento o processo de destilação por arraste de vapor mostrou-se eficaz para a extração dos óleos essenciais do cravo (eugenol) e da canela (cinamaldeído). A eficiência da extração está diretamente relacionada com a quantidade de solvente empregado e, principalmente, com o número de vezes em que a extração é repetida. É uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e água (vapor). Os componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos componentes individuais. Assim a temperatura observada no início do processo de destilação, ou seja, quando começou a coleta do destilado do cravo foi a 76°C e da canela foi a 87°C, abaixo do ponto de ebulição da água, como previsto, isso evita a decomposição dos compostos. O rendimento obtido do cravo foi de 2,86 % de eugenol e da canela foi de 3,14 % de cinamaldeído. Os rendimentos obtidos no experimento foram baixos comparados com os resultados encontrados na literatura, a extração por arraste de vapor compreende várias fases que habitualmente provocam perdas do analito durante o processo. Freqüentemente, a manipulação durante a análise é a maior fonte de erros, fazendo com que o valor total do produto no final do experimente seja baixo do esperado.
 
REFERÊNCIAS
ALMEIDA, E. R. Plantas Medicinais Brasileira. Rio de Janeiro: Hemus, 1993.
BIZZO, Humberto R. et al. Óleos essenciais no Brasil: aspectos gerais, desenvolvimento e perspectivas. Química Nova, São Paulo, v. 32, n. 3, p. 588-594, abril 2009.
COELHO, Deyvison Destilação por Arasste de Vapor – Óleo de Cravo. Disponível em:< http://pt.scribd.com/doc/93838318/Exp-n%C2%BA4-Org-e-Bioq >. Acesso em: 30 de setembro de 2014.
MARQUES, Guilherme, Extração do Óleo de Cravo. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAnJ8AL/relatorio-extracao-oleo-cravo# >. Acesso em 30 de setembro de 2014.
MAZZAFERA, P. Efeito alelopático do extrato alcoólico do cravo-da-índia e eugenol. São Paulo: Revista Brasileira de Botânica, 2003.
MOREIRA, Leandro M. Destilação por Arraste a Vapor. Disponível em: < http://www.ebah.com.br/content/ABAAABa78AK/destilacao-por-arraste-a-vapor >. Acesso em 30 de stembro de 2014.
Peixoto, Ruan J. A. Codestilação: Destilação por Arraste a Vapor. Disponível em: <https://ebahfiles.s3.amazonaws.com/ABAAAAoycAG?Expires=1411496207&AWSAccessKeyId=AKIAIII5BVM6PM2O7MPA&Signature=TKTruUhAryDEZw1tUEhMmVigUiA%3D>. Acesso em 23 de setembro de 2014.
PERUZZO, T. M., Canto, E. L., Química Na Abordagem Do Cotidiano, Ed. Moderna, 
São Paulo, 1993.
SANTURIO, Janio M. et al. Atividade antimicrobiana dos óleos essenciais de orégano, tomilho e canela frente a sorovares de Salmonella enterica de origem avícola. Disponível em: < http://www.scielo.br/pdf/cr/v37n3/a31v37n3 >. Acesso em: 04 de outubro de 2014.
SIMÕES, C. M. O. et al. FARMACOGNOSIA da planta ao medicamento. Porto Alegre: UFSC / UFRGS, 1999.
STEFFANI, E. Modelagem matemática do processo de extração supercrítica de óleo essencial do Ho-Sho (cinnanomum camphora Nees e Eberm Var. Linoloolifera Fujita) Utilizando CO2. Tese de Doutorado – Universidade Federal de Santa Catarina, 2003. 
TRABALHOS GRATUITOS. Eugenol. Disponível em: <http://trabalhosgratuitos.com/print/Eugenol/125904.html>. Acesso em 27 de setembro de 2014.
TRANCOSO, Marcelo D. Projeto Óleos Essenciais: extração, importância e aplicações no cotidiano. Revista Práxis, Rio de Janeiro, ano V, nº 9, p. 89-96, junho de 2013.
VAN NESS, H. C.; ABBOTT, M. M.; SMITH, J. M. Introdução à termodinâmica da 
Engenharia Química. 5ª Edição. Rio de Janeiro: LTC editora, 2000.
VOGEL, A.I. - Química Orgânica. Análise Orgânica Qualitativa, rad. 3 ed., Rio de Janeiro, Ao Livro Técnico e Científico, v. 1, 2,3. - 1971-1985. 
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