relatório química organica

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Curso de Química Industrial
GR02307- LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA
EXPERIMENTO 3 – 28/02/2013
Cromatografia em camada delgada (CCD) e cromatografia em coluna (CLC).
Camila Fontes Tostes				RA: 001201001098
Carlos Henrique Almeida de Souza		RA: 001201202691
Isabele Ap. Soares de Campos			RA: 001201202653
Rodolfo Pagoto Priorno				RA: 001201202459		
Resumo
Nessa prática, utilizaram-se dois sistemas cromatográficos: cromatografia em camada delgada e cromatografia em coluna clássica. Na primeira, foi possível analisar a composição do medicamento CafiAspirina®, comprovando a presença do ácido acetilsalicílico e da cafeína, devido a comportamentos semelhantes das substâncias em relação ao eluentes. Também se calcularam os tempos de retenção (Rf) das substâncias. Na cromatografia em coluna clássica, foi possível observar a separação do azul de metileno e do alaranjado de metila em duas colunas diferentes, uma contendo alumina na fase estacionária e a outra contendo sílica gel. Observaram-se comportamentos diferentes na ordem de eluição devido aos efeitos de afinidades entre os eluentes e a substâncias em análise. As técnicas empregadas foram eficientes tanto para a análise da composição quanto para a separação de compostos.
Introdução Teórica
· Cromatografia
A cromatografia é um processo físico-químico de separação de misturas, mais especificamente, de sólidos em uma solução (mistura homogênea de duas ou mais substâncias). Esse processo fundamenta-se no fato das substâncias presentes na mistura terem diferentes propriedades e composições, assim, a interação delas com as duas fases imiscíveis (fase estacionária e fase móvel) será diferente também. Ou seja, a velocidade com que uma migra será maior e de outra, será menor.
Estas duas fases mencionadas são caracterizadas da seguinte forma:
Fase estacionária: fase fixa onde a substância que está sendo separada ou identificada fixa-se na superfície de outro material. Por exemplo, um papel de filtro.
Fase móvel: nesta fase as substâncias que queremos isolar são “arrastadas” por um solvente fluido, que pode ser líquido ou gasoso. Por exemplo, vapor do álcool Etílico.
             Visto ser uma técnica bastante versátil e de grande aplicação, existem vários tipos de Cromatografia:
 1. Quanto ao tipo de Sistema Cromatográfico:
 	1.1. Em coluna: cromatografia líquida, gasosa e supercrítica.
 	1.2. Planar: Centrífuga, em papel e camada delgada.
2. Quanto ao tipo de fase móvel: 
 	Cromatografia Gasosa (CG), Cromatografia Gasosa de Alta Resolução (CGAR), Cromatografia Líquida Clássica (CLC), Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e Cromatografia Supercrítica (CSC).
3. Quanto ao tipo de fase estacionária:
 	Líquida sólida e quimicamente Ligada.
4. De acordo com o modo de separação:
 	Por adsorção, por partição, por troca iônica e por afinidade.1
 	A cromatografia tem como objetivo principal a separação de substâncias de uma mistura, com fins analíticos ou preparativos, muito utilizado em laboratórios industriais, de pesquisa e de ensino. Todas as técnicas cromatográficas utilizam uma fase estacionária e uma fase móvel. A fase estacionária é formada de um material escolhido para reter de forma diferenciada os componentes da amostra que se deseja separar. A fase móvel é o material que se desloca pela fase estacionária, arrastando os componentes da amostra. Após transitar pela fase estacionária, por um percurso de distância adequadamente escolhida, os componentes da amostra se separam e são assinalados pelo sistema detector na sequencia: do primeiro componente menos retido, ao último componente mais retido pela fase estacionária.2
Parâmetros de retenção
 	Através da velocidade com que os componentes da amostra se deslocam em relação ao solvente pode-se efetuar a separação cromatográfica e determinar a razão de retenção. 
 	Na cromatografia plana, define-se geralmente, outro parâmetro de retenção, a razão de retenção Rf. Este valor não coincide exatamente com o anterior, pois avalia a distância percorrida pela substância e pelo eluente e a velocidade da frente do eluente, deslocando-se no suporte seco, é superior à velocidade média do suporte molhado. 3
 
· Cromatografia líquida clássica (CLC)
 	A cromatografia líquida clássica é uma técnica de partição entre duas fases, sólida e líquida, baseada na capacidade de adsorção e solubilidade. Consiste em uma coluna de vidro, metal ou plástico, preenchida com um adsorvente adequado. O adsorvente pode ser colocado na coluna diretamente (seco) ou suspendido em um solvente adequado (geralmente o próprio eluente a ser usado no processo de separação). O sólido deve ser um material insolúvel na fase líquida associada, sendo que os mais utilizados são a sílica gel (SiO2) e alumina (Al2O3), geralmente na forma de pó. A substância a ser separada ou analisada é colocada na coluna pela parte superior e o eluente é vertido após, em quantidade suficiente para promover a separação. A coluna pode ser um simples tubo de vidro, aberto em ambas as extremidades, ou semelhante a uma bureta. Em alguns casos aplica-se vácuo pela parte inferior da coluna ou uma ligeira sobrepressão pela parte superior da mesma. Uma sequencia de eluentes normalmente utilizada é a seguinte: éter de petróleo, hexano, éter etílico, tetracloreto de carbono, acetato de etila, etanol, metanol, água e ácido acético. 
 	Quando a amostra a ser cromatografada possui cor, podem-se visualizar as diferentes zonas coloridas descendo pela coluna, que são recolhidas, separadamente, pela extremidade inferior. Quando a amostra não possui cor, recolhem-se várias frações iguais de eluente, testando-as quanto à presença ou não de substâncias dissolvidas através do uso de reveladores adequados (luz UV, reveladores químicos, etc.). 
        O fluxo de solvente deve ser contínuo. Os diferentes componentes da mistura mover-se-ão com velocidade distintas dependendo de sua afinidade relativa pelo adsorvente (grupos polares interagem melhor com o adsorvente) e também pelo eluente. A ordem das substâncias dependerá da sua polaridade, assim, a capacidade de um determinado eluente em arrastar um composto adsorvido na coluna depende quase diretamente da polaridade do solvente com relação ao composto.
        À medida que os compostos da mistura são separados, bandas ou zonas móveis começam a ser formadas; cada banda contendo somente um composto. Em geral, os compostos apolares passam através da coluna com uma velocidade maior do que os compostos polares, porque os primeiros têm menor afinidade com a fase estacionária. Se o adsorvente escolhido interagir fortemente com todos os compostos da mistura, ela não se moverá. Por outro lado, se for escolhido um solvente muito polar, todos os solutos podem ser eluídos sem serem separados. Por uma escolha cuidadosa das condições, praticamente qualquer mistura pode ser separada. 
 	Outros adsorventes sólidos para cromatografia de coluna em ordem crescente de capacidade de retenção de compostos polares são: papel, amido, açucares, sulfato de cálcio, sílica gel, óxido de magnésio, alumina e carvão ativo. Ainda, a alumina usada comercialmente pode ser ácida, básica ou neutra. A alumina ácida é útil na separação de ácidos carboxílicos e aminoácidos; a básica é utilizada para a separação de aminas.4
· Cromatografia em camada delgada (CCD)
 	Cromatografia em camada delgada (CCD): É uma técnica de adsorção líquida – sólido. Nesse caso, a separação se dá pela diferença de afinidade dos componentes de uma mistura pela fase estacionária. As amostras a serem analisadas devem ser aplicadas a com a ajuda de um capilar. Após a aplicação da amostra sobre a placa, a mesma deve ser introduzida num recipiente contendo a fase móvel adequada. A placa é deixada no recipiente, onde o solvente irá subir por capilaridade. Ao subir, o solvente irá arrastar mais os compostos que têm menor interação com a fase estacionária, separando-os dos que possuem uma maior interação. O parâmetro mais importante a ser considerado emCCD é o fator de retenção (Rf), o qual é a razão entre a distância percorrida pela substância em questão e a distância percorrida pela fase móvel. O valor Rf é característico para cada composto, num determinado suporte e com um determinado solvente, e assim pode ser usado como método de identificação de substâncias. Por ser um método simples, rápido, visual e econômico, é muito utilizado para a purificação de substâncias e para a identificação de frações de soluções. 5
Objetivos
· Análise da composição de um medicamento usando a cromatografia em camada delgada.
· Separação dos componentes de uma mistura por cromatografia líquida clássica.
Materiais e Reagentes
	Materiais utilizados
	Reagentes utilizados
	Placas cromatográficas
	Comprimido de CafiAspirina®
	Tubos de ensaio
	Cafeína
	Almofariz e pistilo
	Iodo
	Espátula
	Ácido acetilsalicílico
	Pipetas graduadas
	Metanol
	Papel filtro
	Acetona
	Tubo capilar
	Clorofórmio
	Balança analítica
	Tolueno
	Aparelho com luz UV
	Acido acético glacial
	Funil de vidro
	Sílica gel
	Lápis grafite
	Hexano
	Algodão
	Sol.etanólica de alaranjado de metila e azul de metileno 
	Coluna para cromatografia
	Etanol
	Suporte universal
	Água destilada 
	Bastão de vidro
	Acido acético 1M
	Béquer
	
Parte Experimental
1) Cromatografia em camada delgada
Em três tubos de ensaio colocou-se, respectivamente, um comprimido de CafiAspirina® macerado, uma ponta de espátula de ácido acetilsalicílico e uma ponta de espátula de cafeína. Adicionou-se, em cada tubo, 2,5mL de metanol e agitou-se por 5 minutos. Filtrou-se somente a mistura da CafiAspirina®, desprezando os sólidos insolúveis.
Em duas placas cromatográficas, com um tubo capilar, aplicou-se uma amostra das três soluções metanólicas, a uma distância de 1 cm uma da outra, aproximadamente.
Prepararam-se dois sistemas de eluentes: I) Acetona e clorofórmio 1:1; II) tolueno, clorofórmio, ácido acético glacial e metanol 12: 5: 1,8: 0,1. Colocou-se cada sistema e as placas cromatográficas, em um béquer. Tampou-se o sistema. Aguardou-se a eluição. Retiraram-se as placas e deixaram-nas secar. Em seguida revelou-as na luz UV e após, na atmosfera de Iodo. Contornaram-se as manchas observadas com um lápis grafite.
2) Cromatografia líquida clássica
Inicialmente realizou-se o empacotamento da coluna cromatográfica: preparou-se uma coluna para cromatografia, colocando um pequeno pedaço de algodão no fundo da coluna.
A) Sílica-gel
Em um béquer, agitou-se 10g de sílica gel em hexano, com um bastão de vidro, até que se obtivesse uma pasta fluida homogênea e sem bolhas de ar. Derramou-se, com um funil de vidro, a pasta fluida sobre a coluna. Controlou- se o nível de solvente com a abertura da torneira. Deixou-se o nível de hexano 0,5 cm acima da coluna de sílica.
Distribuiu-se homogeneamente, com o auxilio de uma pipeta comprida, 3mL de uma solução etanólica de alaranjado de metila e azul de metileno sobre o topo da coluna de sílica. Aguardou-se a adsorção pela coluna, em seguida adicionou-se etanol, verteu-se cuidadosamente o solvente pelas paredes internas da coluna, tomou-se cuidado para não causar distúrbios ou agitação na coluna. Abriu-se a torneira para escoar o solvente. Eluiu-se o alaranjado de metila com o etanol. Colocou-se água para eluir o azul de metileno e adicionou-se uma solução aquosa de acido acético 1M para que eluísse completamente.
B) Alumina.
No procedimento demonstrativo, repetiu-se o mesmo procedimento acima, utilizando 15 g de alumina neutra como fase fixa. Eluindo primeiramente o azul de metileno com éter e em seguida o alaranjado de metila com a água e o ácido acético.
Resultados
1) Cromatografia em camada delgada (CCD)
Placa A (eluentes: acetona e clorofórmio)
Figura 1: À esquerda, observação da corrida cromatográfica em luz UV. Á direita, manchas reveladas na atmosfera de iodo.
Sendo: 1 = CafiAspirina®; 2 = Ácido Acetilsalicílico; 3 = Cafeína
	Amostra
	Rf
	Ácido acetilsalicílico
	0,7
	Cafeína
	0,6
Placa B: (eluentes: tolueno, clorofórmio, ácido acético glacial, metanol).
Figura 2: À esquerda, observação da corrida cromatográfica em luz UV. Á direita, manchas reveladas na atmosfera de iodo.
Sendo: 1 = CafiAspirina®; 2 = Ácido Acetilsalicílico; 3 = Cafeína
	Amostra
	Rf
	Ácido acetilsalicílico
	0,3
	Cafeína
	0,1
Discussão
1) Cromatografia em camada delgada.
Inicialmente, o metanol, que é um solvente polar, foi utilizado para dissolver as substâncias que seriam utilizadas: CafiAspirina®, ácido acetilsalicílico e cafeína. Formando assim soluções aquosas destas. 
A droga analgésica utilizada foi a CafiAspirina®, que contém em sua composição (em um comprimido) 500 mg de ácido acetilsalicílico e 50 mg de cafeína6 . Ao dissolvê-la em metanol, houve a formação de um sólido insolúvel, que provavelmente seria a supersaturação da substância. Então se realizou a filtração para separar o sólido da solução.
Na placa A, a fase móvel era composta por acetona e clorofórmio, e a fase estacionária era polar, constituída por sílica gel. Ao analisar o cromatograma (figura 1), observa-se que a cafeína apresentou maior afinidade com a fase estacionária, devido à sua maior polaridade, assim, sendo adsorvida mais fortemente e permanecendo mais tempo na fase estacionária. O ácido acetilsalicílico se concentrou na parte superior da placa, devido à sua menor polaridade, por ser adsorvido menos fortemente, permaneceu menos tempo na fase estacionária. Também foi possível observar a presença das duas substâncias na CafiAspirina®, devido ao fato de que a mancha atrelou por todo o caminho.
Na placa B, a fase móvel era composta por tolueno, clorofórmio, ácido acético glacial e metanol, e a fase estacionária por sílica gel. Ao analisar o cromatograma (figura 2), observa-se que a cafeína e o AAS apresentaram o mesmo comportamento que na placa A, sendo que a cafeína apresentou maior afinidade com a fase estacionária e o AAS, menor afinidade. Também foi possível observar a presença das duas substâncias na CafiAspirina®, devido ao fato de que a mancha atrelou por todo o caminho.
Após o desenvolvimento do cromatograma e secagem das placas deve-se revela-las. A etapa da revelação consiste em tornar visíveis as substâncias incolores presentes na amostra. Os métodos utilizados foram a de placas onde a fase estacionária é fluorescente, revelando os compostos na câmera de luz ultravioleta; e a exposição da cromatoplaca a vapores de iodo, revelando-se sob a forma de manchas marrom, tanto mais escuras quanto maior o tempo de exposição e a concentração da amostra. A formação desses complexos é reversível (muitas vezes rapidamente), porque o iodo se une apenas fisicamente com as substâncias saturadas.
Cálculo do Rf
O Rf é obtido pela divisão da distância percorrida pela substância (ds) pela distância total (dm).
Placa A:
	Amostra
	ds (cm)
	dm (cm)
	Rf
	Ácido acetilsalicílico
	3,3
	4,2
	0,7
	Cafeína
	2,3
	4,2
	0,6
Tabela 1: Valores de Rf obtidos no experimento, na placa A.
Placa B:
	Amostra
	ds (cm)
	dm (cm)
	Rf
	Ácido acetilsalicílico
	1,3
	3,8
	0,3
	Cafeína
	0,4
	3,8
	0,1
Tabela 1: Valores de Rf obtidos no experimento, na placa B.
A cafeína apresenta maior polaridade, pois esta apresenta quatro grupos aminas e duas cetonas além da aromaticidade (figura 3). O ácido acetilsalicílico apresenta um grupo de ácido carboxílico, um grupo aldeído e um grupo éter, além da aromaticidade (figura 4). Apesar do AAS apresentar o grupo com maior polaridade, a cafeína apresenta maior quantidade de grupos altamente polares, o que faz com que a polaridade desta seja maior.
 
 Figura 3: Fórmula estrutural da cafeína 7 Figura 4: Fórmula estrutural do AAS 8
 As diferenças observadas foi que na placa B a corrida foi mais devagar do que na placa A. O solvente, que é a fase móvel, tem uma influência importante na “corrida”. A solução de acetona e clorofórmio é um solvente mais polar, assim as substâncias correram mais rapidamente e tiveram um deslocamento maior, atingindo quase extremidadeda placa. Já a solução de tolueno, clorofórmio, ácido acético glacial e metanol, é um solvente menos polar, assim a corrida foi mais devagar e o deslocamento foi somente até o meio da placa cromatográfica. Isso mostra que a polaridade do solvente tem a sua importância na cromatografia.
2) Cromatografia líquida clássica.
Na cromatografia líquida clássica é necessário realizar o empacotamento da coluna, colocando-se um pequeno pedaço de algodão no início do estreitamento da coluna a fim de dar suporte à fase estacionária, impedindo sua passagem. Adiciona-se certo volume de hexano a esta sílica, num béquer, preparando-se uma pasta fluida de adsorvente (sílica) com solvente (hexano). Esta pasta é então vertida na coluna. Deve-se evitar a formação de bolhas, pois estas dificultam o processo de eluição, tornando-se obstáculos à passagem do eluente e formando caminhos alternativos mais fáceis para a passagem da amostra. Deixa-se o adsorvente depositar e o excesso de solvente escoar pela saída inferior. A superfície superior da coluna de adsorvente deve permanecer sempre coberta com o líquido (eluente), a fim de evitar sua secagem, contração e, consequentemente, alterações na natureza das substâncias analisadas, assim como e aparecimento de rachaduras e poros.
Inicialmente utilizou-se a sílica como fase estacionária e o etanol, primeiramente, e a água, posteriormente, como fases móveis. Sendo a coluna adsorvente polar, conforme observado na figura 5. 
Figura 5: Sílica gel ativada 9
A primeira fase móvel, etanol, possui em sua molécula, uma parte polar e uma apolar. A cadeia carbônica consiste na parte apolar, enquanto a hidroxila constitui a parte polar da molécula, como observado em sua fórmula estrutural na figura 6. Já a água é uma substância polar.
Figura 6. Fórmula estrutura do etanol. 9
Nota-se que os componentes da mistura são transportados pelo solvente com diferentes velocidades. No processo de separação entram em jogo dois fatores: a afinidade da substância para com o solvente utilizado e a afinidade da substância em relação ao adsorvente.
O alaranjado de metila foi primeiramente eluído com o etanol, separando-se o azul de metileno. 
A conlusão que se chegou foi de que o azul de metileno é uma espécie básica, interagindo fortemento com a sílica, que tem natureza ácida devido ao óxido de silício, ficando retido na fase estacionária. O azul de metileno, não eluiu em etanol, necessitando de um sistema eluente mais polar, então utilizou-se a água para eluí-lo.
 
Figura 7: alaranjado de metila			 Figura 8: azul de metileno
No procedimento demonstrativo, foi realizado a CLC utilizando a alumina na fase estacionária. Observou-se que que a ordem de eluição, em comparação com a sílica na fase estacionária, foi invertida. O azul de metileno foi eluido primeiro com o etanol. A alumina tem ação básica, interagindo fortemente com alaranjado de metila, que possui caráter ácido devido a presença do ácido sulfônico em sua estrutura (SO3H), então este ficou retido na fase estacionária. Somente eluiu-se ao adicionar um solvente mais polar, no caso a água.
Tanto na CLC com a sílica, quanto com a alumina, os solventes escolhidos foram eficientes, pois foi possível separar o alaranjado de metila do azul de metileno.
Conclusão
Com a cromatografia delgada, foi possível analisar a composição do medicamento CafiAspirina®, comprovando a existência de ácido acetilsalicílico e de cafeína, através da eluição destas em duas placas cromatográficas com sistemas de eluentes distintos. Através das eluições, foi possível observar que algumas substância foram mais arrastadas que outras devido a suas polaridades: a cafeína foi menos arrastada (mais polar), ou seja, apresentou mais interação com a sílica, enquanto o ácido acetilsalicílico foi mais arrastado (menos polar), apresentando menos interação com a sílica. Os Rf do ácido acetilsalicílico e da cafeína calculados apresentaram valores diferentes em cada placa cromatográfica, como é uma propriedade física constante para cada substância, provavelmente houve algum erro, por parte do grupo, durante a eluicão ou no uso das placas cromatográficas. Mesmo com erros, foi possível observar a presença do AAS e da cafeína na CafiAspirina®.
Na cromatografia em coluna, utilizaram-se duas fases estaciónarias, uma com sílica-gel e a outra com alumina. Na coluna com sílica o alaranjado de metila eluiu-se primeiramente ao adicionar etanol, e o azul de metileno ficou retido na fase estacionária, pois devido ao fato de ser uma espécie básica, interagiu fortemento com a sílica, que tem natureza ácida devido ao óxido de silício, ficando assim retido na fase estacionária. Já na coluna com alumina, o alaranjado de metila ficou retido na fase estacionária, pois possui caráter ácido e interagiu fortemente com a alumina, só foi eluído com a adição da água, que é um solvente mais polar.
Conclui-se então que os métodos de análise e separação de compostos através das cromatografias, são extremamentes eficientes e estão diretamente relacionados com a forças intermoleculares dos compostos e com efeitos específicos de afinidade e solubilidade.