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IQ-UFBA Departamento de Química Orgânica QUI-B37 – Química Orgânica Básica Experimental I-A 2016.2 RELATÓRIO DE ATIVIDADES Título: Extração com Solventes Inertes e Ativos 1. Introdução 1.1 Objetivos Essa prática possui como objetivo conhecer e praticar as diferentes técnicas de extração usadas em um laboratório; Sendo que essas técnicas de extração podem ser realizadas com solventes inertes e solventes ativos. 1.2 Fundamentação teórica A maior parte produtos gerais utilizado pela população nos dias atuais (fármacos, produtos de limpeza, produtos de higiene e outros) são misturas contendo diferentes compostos químicos. Na análise desses determinados produtos, podemos utilizar vários métodos para obter um composto puro dessa mistura, dentre elas podemos utilizar a extração. A extração é um método de separação por meio da transferência de um soluto de um solvente para o outro, o qual tem como objetivo isolar determinado composto orgânico de soluções ou suspensões aquosas onde se encontram. As extrações podem ser de 3 tipos: Extração simples (realizada em apenas uma etapa, ou seja, o volume do solvente extrator é determinado e é realizado a extração de todo o volume de uma única vez), extração múltipla (esse processo envolve a realização de duas ou mais extrações simples) e a extração quimicamente ativa (tem como objetivo alterar quimicamente um composto afim de mudar a sua constante de distribuição). O método de extração por solvente é eficiente para extrair óleo vegetal, sendo que o solvente mais utilizado é a hexana (derivado do petróleo, uma mistura de hidrocarbonetos com ponto de ebulição de 70ºC). O processo ocorre com a passagem do solvente pela matéria-prima, técnica denominada de lavagem, sendo que a difusão do solvente será mais rápida quanto melhor for a preparação da matéria prima e quanto maior for a temperatura de extração (que, no caso, deve ser mais próxima que a temperatura de ebulição de solvente). Esse procedimento de extração pode ser realizada, principalmente, por dois tipos de solventes: O solvente inerte (envolve a separação de uma substância presente em uma solução/suspensão de um determinado solvente através da agitação de com um segundo solvente, onde a substância orgânica seja mais solúvel e pouco miscível com o solvente que inicialmente a contém) e com solventes reativos (também usada na separação de substâncias, porém são empregadas soluções extratoras que reagem quimicamente com a substância de interesse. Logo, é possível alterar a solubilidade da substância e a extração pode ocorrer). Nas extrações feitas com o solvente inerte, podemos ter o efeito conhecido como salting-out que é a adição de sais, geralmente cloreto de sódio, que serve para diminuir a solubilidade de determinada substância em água e aumentar no solvente orgânico. Consequentemente, modificando o coeficiente de distribuição. Este processo é utilizado para substituir a extração simples. Sendo assim, com um componente de baixo coeficiente de partição entre um solvente orgânico e água, uma ou mais extrações simples não removeriam muitos dos componentes da água. 2. Parte experimental 2.1 Resumo do experimento - Extração com solvente inerte e efeito salting-out: a) Marcar 6 tubos de ensaio com legendas 1A, 1B, 2A, 2B, 3A e 3B b) Colocar em cada um 2ml de água destilada, 5 gotas de solução aquosa de cristal de violeta e agitar. c) Adicionar 2ml de éter de etílico aos tubos 1A e 1B; 2ml de clorofórmio aos tubos 2A e 2B; 2ml de álcool n-amílico aos tubos 3A e 3B; Agitar vigorosamente todos os tubos, observar e anotar o resultado (intensidade da cor nas camadas orgânicas e aquosas). d) Adicionar aos tubos 1B, 2B e 3B pequenas porções de cloreto de sódio até que a solução esteja saturada. Comparar e anotar a intensidade das cores da fase orgânica e aquosa. - Extração com solvente quimicamente ativo: a) Pegar um Erlenmeyer de 125ml e com o auxílio de um funil de separação adicionar 10ml de uma mistura (contendo ácido carboxílico, fenol, amina aromática e composto neutro dissolvido em tolueno). b) Adicionar sobre a solução no funil de separação 7ml de ácido clorídrico, agitar e depois deixar em repouso até a separação das fases. c) Recolher camada aquosa em um Erlenmeyer de 125ml, marcar com o nº 1 e reservar. d) Lavar fase orgânica com 10ml de água, agitar, deixar separar as camadas e recolher fase aquosa em um béquer de 100ml. e) Adicionar a fase orgânica remanescente 7ml de solução aquosa de bicarbonato de sódio, agitar e deixar em repouso até separar as fases. f) Recolher a camada inferior em um Erlenmeyer de 125ml e marcar como nº 2. g) Lavar novamente a camada orgânica com 10ml de água, agitar, deixar separar as camadas e recolher fase aquosa em béquer de 100ml. h) Adicionar a fase orgânica contida no funil 7ml de hidróxido de sódio, agitar e deixar em repouso até separar as fases. i) Recolher a camada inferior em Erlenmeyer de 125ml e marcar com o nº 3. j) Lavar camada orgânica com 10ml de água e recolher a camada inferior. - Precipitação e isolamento das substâncias extraídas: a) Transferir fase orgânica para vidro relógio b) Deixar evaporar o solvente na capela c) Ao Erlenmeyer nº1 adicionar lentamente 5ml de hidróxido de sódio, até ocorrer precipitação do sódio. d) Ao frasco 2 e 3 adicionar 5ml ácido clorídrico, até que haja precipitação total dos sólidos. e) Resfriar frascos 1, 2 e 3 em banho de água e gelo por 5min. f) Se dificuldade de precipitar sólido, atritar parede interna do recipiente com bastão de vidro. g) Depois de resfriar, utilizar um funil de Buchner e Kitasato para realizar filtração a vácuo da amostra. h) Com espátula transferir o sólido para papel filtro e deixar secar ao ar livre. i) Repetir processo de filtração para amostras 2 e 3. j) Estocar amostras obtidas em recipientes rotulados para secagem do composto. l) Após secagem, pesar amostras e determinar quantidade de cada composto obtido. m) Identificar cada um dos componentes isolados e apresentar reações envolvidas no processo. - Extração contínua de sólidos: a) Montar aparelhagem para extração contínua de uma amostra sólida usando extrator de Soxhlet. b) Realizar extração de semente de urucum utilizando solvente solução de etanol e água. c) Acompanhar processo de separação, observar e comparar coloração do solvente extrator antes e após extração. d) Apresentar conclusões sobre o procedimento. 2.2 Desenho da aparelhagem 2.3 Materiais I) Reagentes e solventes; - Ácido benzóico - 2-naftol - p-nitroanilina - Naftaleno - Tolueno - Ácido clorídrico - Água - Bicarbonato de sódio - Hidróxido de sódio - Etanol II) Vidraria; - Erlenmeyer 125ml - Funil de separação - Béquer 100ml - Vidro relógio - Bastão de vidro - Funil de Buchner e Kitasato III) Materiais diversos; - Espátula - Papel de filtro - Recipiente para armazenar amostra - Semente de urucum IV) Equipamentos; - Bomba de vácuo - Capela - Extrator de Soxhlet 2.4 Tabela de propriedades físicas Substância MM d Tf Te n T D Solubilidade (g/100 mL) g/mL o C o C H2O EtOH CHCl3 Et2O Ácido benzóico 122,12 1,27 122,1 249,2 1,424 Sim Sim 2-naftol 144,17 1,28 121 285 Sim Sim Sim Sim p-nitroanilina 138,12 1,44 147 332 1,634 Naftaleno 128,17 1,14 80,26 218 1,589 Tolueno 92,14 0,86 -95 110,6 1,497 Sim Ácido clorídrico 36,46 1,19 -27,32 50,5 1,341 Sim Sim Sim Água destilada 18,01 1,00 0 100 1,334 Sim Bicarbonato de sódio 84 2,2050 851 1,500 Sim Hidróxido de sódio 40 2,13 318 1388 1,433 Sim Etanol 46,07 0,79 -112 78,3 1,361 Sim Sim Clorofórmio 119,38 1,49 -63,5 61,2 1,442 Sim Sim Álcool Isoamílico 88,14 0,81 -117,2 131 1,405 Não Sim Sim Sim Álcool n-amílico 88,15 0,82 -79 138 1,410 Sim Sim Sim Sim Éter etílico 74,12 0,71 -116,3 34,6 1,352 Sim Sim Sim 2.6. Tabela de propriedade toxicológicas Substância Propriedades (riscos à saúde, inflamabilidade, reatividade) Ácido benzóico Substância irritante para nariz, garganta, pele e olhos. 2-naftol Composto moderadamente tóxico para o ser humano; podendo ser assimilado por inalação de aerossóis, por contato com a pele ou por ingestão. Quando inalado, provoca irritação na garganta e tosse. O contato extensivo com este composto pela pele pode provocar vômitos e pode ser letal. Quando ingerido, pode levar a danos nos rins, vômitos, diarréia, dores abdominais, síncope, convulsões e anemia hemolítica. p-nitroanilina O pó dessa substância é venenoso se inalado, causando dor de cabeça, tosse, dificuldade respiratória e perda da consciência. Já essa substância sólida é irritante para pele e olhos. Naftaleno A inalação do vapor de naftaleno pode causar cefaleias, náuseas, vômitos e tonturas. Pode ocorrer hemólise após ingestão ou suficiente exposição dérmica. Os indivíduos com deficiência da enzima glucose 6-fosfato desidrogenase são mais suscetíveis ao desenvolvimento de anemia hemolítica. Cataratas podem ocorrer após exposição ocupacional aguda ou crônica. Crianças que ingerem bolas de naftalina exibem: diarréia, vômitos, letargia, falta de apetite, febre, dor abdominal e outros sintomas. Também pode ocorrer convulsões e evolução para coma. Os bebês podem desenvolver encefalopatias. Tolueno Pode afetar o sistema nervoso. É facilmente absorvido pelos pulmões (40 a 60% do inalado). Níveis baixos ou moderados podem produzir cansaço, confusão mental, debilidade, perda da memória, náusea, perda do apetite e perda da visão e audição. Estes sintomas geralmente desaparecem quando a exposição termina. Inalar níveis altos de tolueno por um período pode produzir sonolência e até mesmo a inconsciência. Ácido clorídrico A inalação e a ingestão é tóxico e pode ser fatal. Em contato com a pele e com os olhos causa corrosão. Bicarbonato de sódio Se ingestão de doses elevadas pode causar distúrbios gastrintestinais. A inalação tem efeito irritante intenso e dano celular pela ação cáustica alcalina, ocorre somente quando o produto estiver com altas concentrações de pó. O contato com os olhos causa irritação. Hidróxido de sódio Irritante para nariz, garganta e olhos. Pode queimar pele e olhos. Substância muito prejudicial, em caso de ingestão. Etanol Depressor do sistema nervoso central. Esse é o órgão onde o etanol tem ação mais rápida, causando sedação, redução de ansiedade, fala arrastada, ataxia, desinibição e redução da capacidade de julgamento. Álcool Isoamílico Efeitos agudos irritante cutâneo, ocular e respiratório e depressor do sistema nervoso central. Efeitos Crônicos Dermatites. Condições Agravadas Indivíduos com doenças cutâneas, respiratórias ou neurológicas pré existentes podem ser mais susceptíveis. Clorofórmio Essa substância é facilmente volátil no solo, superfície da água e se degrada no ar. Quando aspirado ou inalado, pode causar danos fatais. Afeta o Sistema nervoso central, rins, sistema cardiovascular, fígado e causa irritação na pele, olhos e trato respiratório. Dependendo da duração e nível da exposição, pode causar câncer. Álcool n-amílico Se inalado pode causar irritação das mucosas, tosse, respiração superficial, podendo causar lesões das vias aéreas. Pode causar irritação aguda em olhos e pele. Éter etílico Se inalado pode causar irritação das vias aéreas, tosse, dispnéia e edema pulmonar. Se ingerido pode causar irritação da via digestiva, náusea, vômito, dores abdominais, diarréia e outros. Em contato com a pele causa dermatite alérgica, rachaduras na pele. Em contato com olhos é irritante. A exposição crônica é dotado de toxicidade média, podendo causar alteração na função hepática, cefaleia e outros. 3. Resultados, discussão, observações e conclusões 3.1 Observações Primeiramente foi realizado o experimento de extração descontínua, onde temos um sistema bifásico estático em que o constituinte vai se distribuir nas fases de acordo com o coeficiente de partição. Em sala, foi colocado em um funil de separação uma mistura (água + corante) e um solvente (acetato de etila); Feito isso o sistema foi agitado (não tão vigorosamente, pois poderia ocorrer uma emulsão o que dificultaria a separação das substâncias), com intuito de aumentar a eficiência da extração, e deixado sobre repouso para que as partículas se estabilizassem. Com o passar do tempo, obtivemos então o sistema bifásico, representante desse tipo de extração, onde a água, por ser mais densa, se manteve em baixo e o corante + solvente (por ser mais solúvel no solvente, se ligou ao acetato de etila) ficou na parte superior, por ser menos denso. Logo, podemos realizar a separação da água e corante, observando que o coeficiente de distribuição nessa extração é favorável por conta de que houve mais de 90% de transferência (a água está quase toda limpa). Na extração descontínua, podemos concluir que quanto maior a diferença de densidade entre as moléculas, mais facilmente é possível realizar a separação dessas substâncias. Como citado acima, a agitação não é feita de forma abrupta para que não ocorra emulsão das moléculas; No entanto, caso isso ocorra, há formas de se reverter: pode utilizar o bastão de vidro para remover essa emulsão, adicionar mais solvente, saturar a solução ou utilizar outros métodos. A segunda experiência realizada foi a extração contínua de sólidos com semente de Urucum. Depois de ter realizado a extração das sementes, essas foram colocadas no aparelho com o suporte de um papel de filtro, foi utilizado 100mL de etanol como solvente e é adicionado ao sistema (em uma parte determinada do aparelho) fragmentos de porcelana porosa, o qual tem como objetivo homogeneizar a ebulição. 1 2 3 4 5 Extração da semente Foto da equipamento, juntamente com o condensador Esse equipamento começa o seu funcionamento com o aquecimento do solvente. O vapor do solvente passa por um braço de destilação e enche a câmara onde se encontra o dedal com o material sólido. O condensador (que é mantido em baixa temperatura) assegura que todo o vapor arrefeça, condense e desça para a câmara central do Soxhlet. Logo a solubilidade aumenta com o aumento da temperatura e para conseguir realizar uma extração completa, é necessário deixar o equipamento funcionando durante 24horas. Só então, conseguiremos obter o corante de urucum, que é utilizado na culinária como condimento alimentar e colorante; pode ser utilizado na medicina como medicamento fitoterápicos, os quais tem diversos benefícios para saúde humana, ou em cosméticos. Faz parte da sua composição as seguintes estruturas: No terceiro momento da prática, foi feito a extração com solvente inerte. Nesse tipo de extração o composto está distribuido entre dois solventes e a separação ocorre pela diferença de solubilidade do composto em ambos os solventes, sendo mais solúvel em um deles. Após realizar a adição da água destilada, do cristal de violeta, do clorofórmio, álcool n-amílico e álcool isoamílico, obtivemos os seguintes resultados: Fotos do processo de extração da semente de urucum.Foi possível observar que o 1B obteve melhor extração do que o 1A, isso foi possível de ser observado porque a camada orgânica (éter etílico) está mais corado e a camada aquosa (água destilada) está mais clara. Já na análise dos tubos de número 2, foi possível observar que o 2B teve extração melhor que o 2A, pelos mesmos motivos já citados acima. No tubo 3, também percebemos que o 3B é melhor que o 3A, pelos mesmos motivos já citados; Porém, nessa situação, temos uma diferença muito mais sutil do que as observadas anteriormente. Ao realizar esse experimento, primeiramente utilizamos como solvente orgânico o álcool n-amílico o qual é um pouco solúvel em água e não permitiu uma boa realização do resultado. Porém quando repetimos o experimento, só que utilizando o álcool isoamílico como solvente, podemos observar melhor o resultado (como a imagem ao lado) por conta de que esse não é solúvel em água. A explicação para a diferença de solubilidade em água de ambos está na estrutura química de ambos, onde no isoamílico temos a presença de um carbono terciário, o qual não é presente no n-amílico justificando então essa diferença em ambos na solubilidade com a água. Depois, foi adicionado porções de NaCl em todos os tubos, até que a solução estivesse saturada. Logo, podemos concluir que : O NaCl aumenta a eficiência da extração, pois este interage com a água retirando o soluto, logo podemos observar que a camada orgânica fica ainda mais corada e a aquosa mais clara. No caso do tubo 3A e 3B podemos reparar que a diferença não foi tanta e esse fato é explicado pelo fato de que o solvente é um bom extrator e que mesmo sem o NaCl ele consegue extrair quase 100%. O quarto momento da prática envolve a extração com solvente quimicamente ativo (método de extração muito eficiente), para isso foi realizado o processo de adição de uma solução e depois foi sendo adicionada diferentes fases aquosas e realizando o processo de separação, através do funil de separação; não esquecendo de realizar o processo de lavagem entre a separação com as diferentes fases aquosas. O primeiro erlenmeyer teve ácido clorídrico como fase aquosa, o segundo teve bicarbonato de sódio e o terceiro teve hidróxido de sódio. Nesse processo, a parte aquosa é a parte de interesse, pois praticamente 100% da amostra está dissolvida nessa camada. Podemos observar tais resultados nas imagens abaixo: Feito o processo acima, a fase orgânica restante foi disposta em um vidro relógio e levada a capela para que o solvente fosse evaporado e pudéssemos obter o sólido; conforme imagens abaixo podemos observar o antes (a direita) e o depois (a esquerda): Por último, concluindo a aula prática, foi adicionado ao erlenmeyer 1 hidróxido de sódio e ao 2 e 3 ácido clorídrico. Depois todos os frascos foram colocados em banho de água com gelo, pois quando esfria aumenta o coeficiente de precipitação das substâncias. Como podemos observar abaixo nas imagens: Feito esse processo, utilizando um funil de Buchner e Kitasato, foi possível realizar a filtração a vácuo, com a bomba de vácuo; Sobre esse funil é adicionado um papel filtro, sobre o qual a substância do erlenmeyer é despejada e depois, deixa secar livremente esse sólido que está sobre o papel filtro; Esse procedimento foi repetido para cada amostra diferente. Com processo, é possível isolar as substâncias extraídas. 3.2 Conclusões Com base nessa prática, foi possível observar a importância desse processo de extração; A qual é uma prática muito utilizado durante a rotina de um farmacêutico, químico e outros profissionais, com o intuito de obter amostras separadas de produtos extraídos da natureza ou produtos prontos, com diversas finalidades. Quando há obtenção de um composto orgânico pelo processo de extração, impurezas tais como o solvente orgânico podem ficar adsorvidas na superfície do sólido, assim é necessário realizar a purificação para obtenção de compostos orgânicos com alto grau de pureza; Para isso, lava-se o composto orgânico geralmente com água, ácidos 5% e bases 5%. Esse processo, de extração, pode ser realizado de diversas formas diferentes, de acordo com o que deseja extrair, ou seja, permite extração de diferentes tipos de compostos, apresentando uma ampla variabilidade; Porém, para realiza-la com eficiência algumas técnicas devem ser seguidas, tais como a diferença de densidade entre os compostos que se deseja separar (logo é importante ter conhecimento desse dado previamente para entender o que está acontecendo nas etapas), o cuidado para que na agitação do solvente com a mistura não ocorra emulsão (já que está dificulta a separação de substâncias) e dentre outras técnicas. Durante a realização desses processos, é necessário que se tome cuidado, pois há o manuseio de substâncias que pode ser corrosivas os tóxicas. 4. Bibliografia Goncalves, D., Wal, E. & Almeida, R. R. – Quimica Organica Experimental, ed. McGraw- Hill, 1998, pag 75-80. Pesquisa das propriedades do reagente. Disponível em: <sistemasinter.cetesb.sp.gov.br>. Acesso em: 28/04/2018. Índice de refração. Disponível em: <http://casquimica.com.br/fispq/Cloroformio.pdf>. Acesso em: 28/04/2018. Extração com solventes. Disponível em: < http://www.cempeqc.iq.unesp.br/Jose_Eduardo/Blog2013/Aula_22_03/Extra%C3%A7% C3%A3o%20por%20%20solventes%20LIC%202013.pdf>. Acesso em : 28/04/2018. Soxhlet. Disponível em: < http://www.fciencias.com/2015/01/15/soxhlet-laboratorio- online/>. Acesso em: 28/04/2018. DEMCZUK JR, Bogdan; RIBANI, Rosemary Hoffmann. Atualidades sobre a química e a utilização do urucum (Bixa orellana L.). Revista Brasileira de Pesquisa em Alimentos v, v. 6, n. 1, p. 37-50. Corante de Urucum. Disponível em: < https://www.quimicalimentar.com.br/corantes- naturais-urucum-colorau-e-usado-como-alternativa-de-coloracao-natural-em- alimentos/>. Acesso em: 28/04/2018.