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INSTITUTO FEDERAL DO PIAUÍ – IFPI – CAMPUS PICOS CURSO: LICENCIATURA EM QUÍMICA DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL EXTRAÇÃO DO LAPACHOL PICOS-PI 2019 WILLIAM GOMES DE ALMEIDA (20171SQ0092) EXTRAÇÃO DO LAPACHOL Relatório apresentado a professora Elcilene Alves de Sousa como critério de avaliação e registro de aulas práticas de Química Orgânica Experimental, realizadas nos dias 22 e 29 de outubro de 2019, no 6º período do curso de licenciatura em Química. PICOS-PI 2019 SUMÁRIO 1 RESUMO .................................................................................................................. 4 2 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 5 2.1 Árvore do ipê .................................................................................................... 5 2.2 Lapachol ........................................................................................................... 5 2.3 Reação ácido-base ........................................................................................... 7 3 OBJETIVOS ............................................................................................................. 9 3.1 Objetivo geral ................................................................................................... 9 3.2 Objetivos específicos ...................................................................................... 9 4 PARTE EXPERIMENTAL ...................................................................................... 10 4.1 Materiais ......................................................................................................... 10 4.2 Reagentes ....................................................................................................... 10 4.3 Procedimento Experimental .......................................................................... 10 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................... 11 6 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 14 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 15 8 ANEXOS ................................................................................................................ 16 8.1 Questionário ................................................................................................... 16 8.2 Imagens .......................................................................................................... 17 1 RESUMO No experimento realizado foi possível fazer a extração do composto orgânico lapachol, mediante aos mecanismos de separação de misturas (filtração e extração) e reação ácido e base, obtendo um rendimento de 1,43% de lapachol em relação a 80g de serragem da casca do ipê. 5 2 INTRODUÇÃO 2.1 Árvore do ipê Árvore do ipê (gênero Tabebuia) é uma espécie muito conhecida no Brasil (por muitos anos considerada a árvore nacional), sendo empregada em vários serviços como na construção civil e naval devido sua dureza, assoalho, vigas, eixo de rodas e peças de marcenaria (MARTO, 2006). O ipê é uma espécie heliófita (Planta adaptada ao crescimento em ambiente aberto ou exposto à luz direta) e decídua (que perde as folhas em determinadas épocas do ano). As árvores de Tabebuia alba podem atingir cerca de 30 metros de altura, e quando adulta a árvore apresenta um troco reto ou levemente tortuoso. A casca externa é grisáceo-grossa, possuindo fissuras longitudinais ásperas e profundas, possuindo uma coloração cinza-rosa intenso, com camadas fibrosas, muito resistentes e finas, porém bem distintas. (MARTO, 2006). Mediante as pesquisas realizadas a respeito dessa árvore, podemos destacar algumas características morfológicas. Com ramos grossos, tortuosos e compridos, o ipê possui copa alongada e alargada na base. As raízes de sustentação e absorção são vigorosas e profundas (MARTO, 2006). Nas décadas de 60 e 70 houve um grande desenvolvimento nos estudos das propriedades do ipê. Umas das principais propriedades discutidas no presente trabalho é o uso da casca do ipê afim da extração do lapachol, que é largamente estudado para fins terapêuticos (JANUÁRIO e LOPES, 2014). Como a casca dessa árvore apresenta diversas propriedades farmacológicas é relevante destacar a sua composição. Segundo Januário e Lopes, (2014) a casca do ipê roxa apresenta diversas substâncias como, a flavonóides, saponinas, cumarinas, dialdeídos derivados do ciclo-penteno, ácido benzoico e derivado benzênicos, ácidos orgânicos, quinonas, furanonaftoquinonas, naftoquinonas e antraquinonas. 2.2 Lapachol O processo de extração de uma substância pode envolver diversos processos que inclui, secagem, estabilização e moagem. O lapachol (figura 1) é um composto orgânico, [2-hidróxi-3-(-metil-2-butenil)-1,4-naftalenodiona], derivado da árvore do ipê 6 (Handroanthus) que foi extraída primeiramente do lenho da árvore argentina, “lapacho” Tabebuia avellanedae Lor. (Bignoniaceace), por E. Paterno (FONSECA, BRAGA e SANTANA, 2003). Fig. 1 – Estrutura química do Lapachol OHO O Fonte: Autoria própria, 2019. O lapachol é um composto largamente estudado devido suas propriedades farmacológicas, diante desse fato, vários pesquisadores que se dedicaram ao estudo do lapachol e seus derivados, e assim poderão identificar a substâncias em várias espécies vegetais naturais (tabela 1) (FONSECA, BRAGA e SANTANA, 2003). Tabela 1 – Espécie que apresenta lapachol Família Espécie Bignoniaceae abebuia flavescens Benth - & Hook. F. ex. Griseb. T. guayacan Hemsl. T. avellanedae Lor. ex Griseb. T. serratifolia (Vahl.) Nichols T. rosa T. pentaphylla (Linn) Hemls. Paratecoma peroba (Record) Kuhlm Verbenaceae Tectona grandis L. fil Avicennia tomentosa Jacq Avicenia officinalis Proteaceae Conospremum teretifolium R. Br. Leguminosae Diphysa robinoide Bent Sapotaceae Bassia latifolia Fonte: Lapachol . química, farmacologia e métodos de dosagem, 2003 A extração do lapachol pode ser realizada de diversas maneiras, baseado na solubilização do solvente orgânico em questão, e seu sal em meio aquoso alcalino, gerando solução amarelas e vermelhas, respectivamente. A forma mais comum para 7 realizar a extração do lapachol foi descrita por Paterno, esse método proporciona 80 g de lapachol para cada 1 kg de serragem da casca do ipê (FONSECA, BRAGA e SANTANA, 2003). Diante das pesquisas bibliográficas realizadas foi constatado que esse composto é utilizado em diversos subprodutos farmacêuticos, devido sua atuação no corpo humano, apresentado atividade anti-inflamatória, antimicrobiana, antiulcerogênica, anticancerígena, antiviral (FONSECA, BRAGA e SANTANA, 2003). O composto dissolve-se em substâncias alcalinas e na presença de hidróxido de sódio formando um sal sódico que provoca na solução aquosa uma coloração vermelha brilhante, podendo ser utilizado como corante (FONSECA, BRAGA e SANTANA, 2003). 2.3 Reação ácido-base Para melhor entender a definição da reação ácido-base é necessário conhecer as teorias que deram sua origem. Ao longo da história três teorias foram criadas para definir o que seriam ácidos e bases. A primeira definição foi dada por Svante August Arrhenius, em 1887,onde ele propôs que um ácido em solução aquosa produzia íons H+ e uma base, também em solução aquosa, produzia OH-, e que cada reação entre ácido e base era proporcional à mesma reação iônica, H+ + HO- ⇆ H2O (SOUZA; SILVA, 2018). Logo a teoria de Arrhenius foi deixada de lado por apresentar alguns pontos negativos como, o fato de que sempre se mostrou restrita à água, sendo que em alguns casos foi possível observá-la na presença de outros solventes, porém não podiam ser explicadas por tal teoria já que íons de hidrogênio não se estavam presentes, e outro ponto negativo foi o fato de que em meios sólidos não haveria possibilidade de aplicação dessa teoria (CHAGAS, 1999). Em 1923, as ideias propostas por Johannes Nicolaus Bronsted e Thomas Martin Lowry abriram novos caminhos que possibilitaram a segunda definição do que seria ácido e base. A teoria, que ficou conhecida como teoria de Bronsted-Lowry, é relacionada a transferência de íons onde o ácido age como doador e a base age como receptora de prótons (SOUZA; SILVA, 2018 e CHAGAS, 1999). Ainda em 1923, Gilbert Newton Lewis propôs outra teoria de ácido e base, baseada na teoria de Bronsted-Lowry, onde ele considerava ácido um receptor de um 8 par de elétrons, e base uma doadora de um par eletrônico o qual é representado, de acordo com a estrutura de Lewis, por dois pontos “:” (CHAGAS, 1999). A reações ácido-base, acontece quando uma solução ácida entra em contato com uma solução alcalina onde, após tal mistura, ocorre uma reação formando sal e água. As duas soluções reagem quimicamente entre si fazendo com que uma neutralize as propriedades da outra, por isso esta reação também é conhecida como reação de neutralização (CHAGAS, 1999). 9 3 OBJETIVOS 3.1 Objetivo geral • Realizar a extração do composto lapachol da casca da árvore de ipê (Handroanthus) 3.2 Objetivos específicos • Compreender os mecanismos envolvidos na extração do lapachol a partir da casca da árvore do ipê; • Entender as reações envolvidas na extração do lapachol encontrado na casca do ipê • Determinar o rendimento do lapachol a partir de 80g de serragem de ipê. 10 4 PARTE EXPERIMENTAL 4.1 Materiais - Bastão de vidro - Algodão - Becker de 1L - Funil de vidro - Becker de 800 mL - Suporte universal - Argola metálica com mufa - Placa de petri - Balança de precisão - Papel filtro - Dessecador - Sílica-gel 4.2 Reagentes - Serragem da casca da árvore do ipê - NaOH (soda caustica) - HCl (ácido muriático) - Etanol (álcool etílico) 4.3 Procedimento Experimental Colocou-se, no béquer de 1L, cerca de 80g de serragem de ipê e adicionou-se 700mL de solução aquosa a 1% de hidróxido de sódio (7g). Agitou-se frequentemente a solução, com o auxílio do bastão de vidro, por 30 minutos e em seguida removeu- se os resquícios da serragem, por filtração, utilizando o algodão. Logo após adicionou- se lentamente 50mL de ácido muriático, onde ocorreu a formação de um precipitado, em seguida foi realizada uma segunda filtração com papel filtro, e por fim papel filtro foi colocado em um dessecador com sílica-gel. Com a amostra (papel filtro com lapachol) já seca, foi realizado a pesagem para determinar o rendimento do lapachol. 11 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES O experimento proposto possibilitou fazer a extração do lapachol da serragem da árvore do ipê (gênero Tabebuia), Com o auxílio da figura 2, podemos observa que o lapachol apresenta em sua estrutura uma função orgânica fenólica (função orgânica caracterizada por uma ou mais hidroxilas ligadas a um anel aromático), que pode ser identificada na cor azul. E na cor vermelha pode-se observar duas carbonilas (um grupo funcional constituído de um átomo de carbono e um de oxigênio, ligados por ligação dupla) (FERREIRA, 1996). Figura 2 – Identificação das funções orgânicas do lapachol O O OH fonte: autoria própria, 2019 A substância de lapachol apresenta um pH ácido (pouco ácido) o que possibilita a reação com substâncias básicas, como por exemplo o NaOH, para a formação de um sal e H2O. Mediante a importância das propriedades do lapachol, nessa discussão é representado uma tabela com algumas de suas características físico-químicas. Tabela 2 – características gerais do lapachol LAPACHOL Fórmula molecular C15H14O3 Nomenclatura UIPAC 2-hidroxi-3-(3-metil-butenil)-nafto-1,4- diona Temperatura de fusão (°C) 139,5 – 140,2 Escala pH 6,0 Fonte: FONSECA, BRAGA e SANTANA, 2003 12 A formação de um sal é efetuada com uma reação de neutralização de um ácido com uma base. Com a adição 80 g de serragem da casca do ipê em solução de hidróxido de sódio a 1%, houve a formação de um sal (sal de lapachol) e água. Como representado na figura 3, pode-se identificar um ataque nucleofílico do íon hidróxido (OH-) ao hidrogênio (parcialmente positivo) da hidroxila do lapachol (BARBOSA e NETO, 2013). Figura 3 – mecanismo da reação do lapachol com hidróxido de sódio HO O O + Na + OH – NaO O O + OH2 Fonte: autoria própria, 2019 Ao entrar em contato com a solução aquosa de NaOH a serragem, contendo a substância de lapachol, reagiu (equação 1), dando origem a um sal de lapachol com uma coloração vermelha (imagem 1). Esse sal por ser solúvel em água pôde ser separado facilmente dos resíduos de serragem por meio de uma filtragem simples utilizando como auxílio um algodão (imagem 2). Equação 1 – reação com lapachol e hidróxido de sódio 2 C15H14O3 (s) + NaOH (aq) ⇄ 2 C15H13O3 –Na+ (aq) + H2O (l) Com a solução já filtrada, foram adicionados 50mL de ácido muriático (HCl) provocando uma regeneração do lapachol em meio aquoso a partir do sal de sódio, com um ataque nucleofílico do íon cloro (Cl-) ao sódio do sal de lapachol (figura 4), onde foi possível identificar o precipitado de um sólido amarelo (lapachol) insolúvel em água (imagem 3). Figura 4 – mecanismo da reação do lapachol com o ácido clorídrico NaO O O Cl – H + HO O O + ClNa Fonte: autoria própria, 2019 13 Observe a equação: Equação 2 – reação com o lapachol e ácido clorídrico 2 C15H13O3 – Na+ (aq) + HCl (aq) ⇄ C15H14O3(s) + NaCl (aq) A equação 1 representa a formação de um sal básico, o que é um indicativo de uma reação ácido-base. Esse sal na presença de HCl (equação 2), o que também representa um fenômeno de neutralização ácido-base, foi rapidamente precipitado realizando a regeneração no lapachol sólido. E com essa solução foi feito uma segunda filtração com papel filtro, a fim de se obter o lapachol bruto. Diante da secagem da amostra (imagem 4) foi realizado as pesagens necessárias para calcular o rendimento da substância. A seguir os valores de peso e cálculo de rendimento: • Massa do papel filtro: 4,451 g • Massa do papel filtro com a substância: 5,598 g • Total: 1,147 g de lapachol Rendimento da amostra: M final / M inicial x 100% 1,147 g / 80 g x 100% = 1,43 %. 14 6 CONCLUSÃO O experimento se mostrou eficaz uma vez que foi possível obter o lapachol da serragem da casca do ipê (gênero Tabebuia), através de processos de identificação com reações ácido-base e alguns mecanismos de separação de misturas, filtração e extração, havendo assim um rendimento bruto de 1,147 g de lapachol que corresponde 1,43% em relação a 80g da casca de ipê. 15 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BARBOSA, T. P e NETO, H. D. Preparação de derivados do lapachol em meioácido e em meio básico: uma proposta de experimentos para a disciplina de química orgânica experimental. Química Nova. Vol. 36. N° 2, fevereiro de 2013. CHAGAS, A. P. Teorias ácido-base do século XX. Química Nova na Escola. Nº 9, maio de 1999. FERREIRA, V. F. Aprendendo sobre os conceitos de ácido e base. Química nova na escola. N° 4, novembro de 1996. FOGAÇA, J. R. V. Reações de Neutralização. Manual da Química. Disponível em: <https://www.manualdaquimica.com/quimica-inorganica/reacoes-neutralizacao.htm>. Acesso em: 04 de nov. de 2019. FONSECA, S. G. C; BRAGA, R. M. C. e SANTANA D. P. Lapachol, química, farmacologia e métodos de dosagem. Res. Bras Farm. Vol. 84. Pag. 9, fevereiro de 2003. JANUÁRIO, S. R. e LOPES, S. S. O Poder Terapêutico do Ipê Roxo e seu Uso na Terapia Complementar ao Tratamento de Neoplasias. Omnipax. Vol. 5, pag. 1, setembro de 2014. MARTO, G. B. T. Tabebuia alba (Ipê-Amarelo). Instituto de pesquisa e estudos florais, julho de 2006. Disponível em: < https://www.ipef.br/identificacao/tabebuia.alba.asp>. Acesso em: 04 de nov de 2019. SOUZA, C. R. e SILVA, F. C. Discutindo os conceitos das definições de ácido e base. Química Nova na Escola. Vol. 40, nº 1, p. 14-18, fevereiro de 2018. 16 8 ANEXOS 8.1 Questionário 1. Pesquisar a estrutura do lapachol e suas atividades farmacológicas. Em qual dos grupos de produtos naturais existentes o mesmo é classificado? R- OHO O O lapachol apresenta atividade anti-inflamatório, atividade antimicrobiana, atividade antiulcerogênica, atividade anticancerígena, atividade antiviral. É incluso na classe das naftoquinonas. 2. Escrever a equação da reação do lapachol com o hidróxido de sódio e com carbonato de sódio. R- Equação da reação do lapachol com o hidróxido de sódio: 2C15H14O3(s) + NaOH(aq) ⇄ 2C15H13O3 – Na+ + H2O Equação da reação do lapachol com o carbonato de sódio: 2C15H14O3(s) + Na2CO3(aq) ⇄ 2C15H13O3 – Na+(aq) + CO2(g) + H2O(l) 3. O lapachol mudou de cor utilizando-se: a) carbonato de sódio (Na2CO3) R- A solução adquiriu uma coloração vermelha b) bicarbonato de sódio (NaHCO3)? R- Não houve mudança de coloração na solução 4. O sal de sódio do lapachol é uma substância diferente do lapachol? R- Não, o sal é questão é fundamental para a regeneração do lapachol, com a adição do ácido clorídrico (ácido muriático) 5. O lapachol poderia ser usado como um indicador ácido-base. R- Sim. 6. Citar alguns exemplos de plantas que você conhece e que são usadas pela comunidade para fazer chás ou qualquer outra função de interesse social, bem como suas respectivas indicações de uso popular. 17 R- Erva cidreira (é utilizada como calmante); capim santo (é utilizado como calmante); hortelã (é utilizado para irritações na garganta). 8.2 Imagens Imagem 1 – solução com serragem do ipê e NaOH fonte: autoria própria, 2019 Imagem 2 – filtração da solução (serragem de ipê e NaOH) fonte: autoria própria, 2019 Imagem 3 – precipitado de lapachol Imagem 4 – lapachol obtido na filtragem fonte: autoria própria, 2019 fonte: autoria própria, 2019 fonte: autoria própria, 2019