1INTRODUÇÂO À QUÍMICA DE PRODUTOS NATURAIS ISOLAMENTO DO EUGENOL A PARTIR DO CRAVO DA ÍNDIA OBJETIVOS Demonstrar o isolamento de substâncias orgânicas de fontes naturais. Demonstrar a extração de um óleo essencial por destilação com arraste a vapor. Demonstrar experimentalmente o uso da extração contínua (Soxhlet) para isolamento de óleos fixos. Análise cromatográfica do óleo essencial de cravo. LEITURA RECOMENDADA Extração de produtos naturais; óleos essenciais; destilação por arraste a vapor. INTRODUÇÃO Desde a pré-história a humanidade tem demonstrado interesse por substâncias orgânicas extraídas de fontes naturais. Muitas substâncias usadas como medicamentos, pigmentos, venenos e perfumes foram, durante muito tempo, apenas isoladas de plantas ou animais. Só com o desenvolvimento da síntese orgânica no final do século 19, a humanidade conseguiu libertar-se dessa limitação. Mesmo assim, ainda hoje continua o interesse do químico orgânico pela descoberta de novas substâncias de origem natural (vegetal ou animal), que representem um desafio à síntese total ou elucidação molecular, face suas intrincadas arquiteturas. O químico de produtos naturais atua, de modo geral, em quatro linhas básicas de pesquisas, às vezes, em duas ou mais concomitantemente: estudo sistemático da composição química de espécies pertencentes a determinadas famílias isolamento de fontes naturais de substâncias, com ação farmacologica ou fisiológica potencial, que possam ajudar no combate a doenças e pragas agrícolas elucidação estrutural de novas moléculas, com uso intenso de técnicas espectrométricas síntese e/ou transformações químicas de moléculas com ação fisiológica. O Esquema 1 abaixo, apresenta uma tentativa de definição das atividades desenvolvidas pelos químicos de produtos naturais e bioquímicos. . entomologia. (Esquema 2). A química de produtos naturais possui uma estreita relação de interdisciplinaridade com outras áreas do conhecimento.2 Substâncias Orgânicas Naturais . etc. farmacologia. zoologia.Química de Produtos Naturais Químicos de Produtos Naturais Bioquímicos Processos Metabólicos Secundários Processos Metabólicos Primários Metabólitos Especializados Polímeros Naturais Substâncias Orgânicas Micromoleculares Substâncias Orgânicas Macromoleculares: Proteínas Ácidos Nucléicos Polissacarídeos Ligninas (Isolamento e Elucidação Estrutural) Metabolismo Secundário (especializado) Rota-AcetatoMalonato Rota Chiquimato (Metabolismo de aminoácidos aromáticos) Rota Mevalonato (isoprenóides) Policetídeos Alcalóides Lignóides Neolignóides Flavonóides Xantanóides Terpenóides Triterpenóides Esteróides Derivados Prenilados Terpenóides Alcalóides Flavanóides Xantanóides Antraquinóides Lignóides Neolignóides Cumarinóides Carotenóides Policetideos Glicosídeos e outros derivados naturais Esquema 1. ecologia. medicina humana e veterinária. tais como: botânica. biologia molecular. encontrados em várias partes das plantas. requerem amostras muito pequenas. para estabelecer as estruturas moleculares. bastante voláteis à temperatura ambiente. As essências ou óleos essenciais são substâncias odoríferas. Praticamente todos os óleos voláteis são constituídos por misturas muito complexas. a trituração. caule. Dependendo da natureza do material a extrair algumas técnicas são mais recomendadas que outras.compostos com anéis aromáticos. as técnicas utilizadas na elucidação estrutural dependem. o que. de métodos espectrométricos. Para óleos (e gorduras) não voláteis (óleos fixos) a extração contínua por meio de solvente orgânico em extrator Soxhlet é a metodologia mais conveniente. cuja composição química varia muito. Representantes de quase todas as funções orgânicas comuns podem fazer parte de suas composições. Basicamente podemos agrupa-los em duas grandes classes. que exigiam quantidades maciças de amostras. sementes. quase que exclusivamente.derivados dos terpenóides. expandiu em muito a capacidade do químico em descobrir novas moléculas interessantes. folhas. Por exemplo. a extração e a purificação do produto extraído. geralmente não destrutivos. Tais métodos. e b) . que ocorrem em diminutas quantidades nos organismos vivos. EXTRAÇÃO DE ÓLEOS (FIXOS E VOLÁTEIS) A PARTIR DE MATERIAL BIOLÓGICO Há uma diversidade de metodologias para a extração de substâncias orgânicas a partir de fontes naturais. por vezes bastante complexas. raiz e frutos. geralmente vegetais). formados via ácido mevalônico-acetato. associado às novas metodologias de isolamento e purificação. com base em sua origem biossintética: a) . Os óleos essenciais são normalmente encontrados em bolsas secretoras presentes nas partes vitais dos vegetais. tais como flores. formados via ácido chiquímico-fenil propanóides. Independente da técnica a ser usada na extração. o processo comum para a obtenção de produtos naturais a partir de fontes naturais envolve a escolha da fonte (material biológico. geralmente usamos a destilação por arraste de vapor d'água na extração de essências ou óleos voláteis. de substâncias isoladas de fontes naturais. Alguns exemplos de substâncias comumente presentes em óleos essênciais são mostrados Figura 1. a secagem do material. A qualidade do óleo essencial é variável de um gênero a outro e/ou de uma espécie a outra.3 Substâncias Orgânicas Naturais (Micromoleculares) Sistemática Química Evolução Química Ecologia Química Atividade Biológica Novos Modelos Insumo para Síntese (matéria-prima) Biotecnologia (Engenharia Genética) Farmcologia Medicina Agroquímica Preparação de Produtos Úteis Novas Reações Novos Reagentes Síntese Total Síntese Parcial Derivados Vacinas Produção Animal Anticorpos Energia Fixação Biológica de Nitrogênio Culturas de Células e Tecidos de Plantas Esquema 2. Atualmente. Até meados do século passado o químico se valia das reações clássicas. podendo-se encontrar vegetais que possuem essências quimicamente diferentes em várias de suas partes. . isolar a própria substância volátil. pentano. por força da contribuição da pressão de vapor do(s) outro(s) líquido(s) (Figura 2. é mais conveniente. ou pela técnica de destilação com arraste de vapor d'água. Assim. para fins de comercialização. Porém. obedecem a lei de Raoult (veja Experimento 4). que permite a separação de componentes voláteis imiscíveis. mas imiscíveis com água. diclorometano. Alguns componentes químicos de óleos essenciais conhecidos.4 CHO O O Cânfora (óleo de cânfora) Eucaliptol (óleo de eucalipto) Citral (óleo de capim-limão) α −Felandreno (óleo de eucalipto) O O Safrol (óleo de sassafrás) OH CH3 O Anetol (óleo de anis) O CHO Cinamaldeído (óleo de canela) OH Linalol (óleo de alfazema) Limoneno (óleo de limão) Carvona (óleo de hortelã) Mentol (óleo de hortelã) Figura 1. responsável pela ação fisiológica [a vanilina (baunilha) e o óleo de cravo são exemplos]. processo muito usado na indústria de perfumaria. a destilação se processa a uma temperatura inferior a 100ºC. Muitas plantas são usadas diretamente com fins medicinais ou aromatizantes. sem necessidade de temperaturas elevadas. Os óleos essênciais são facilmente solúveis em álcool. tais como sua localização no vegetal. O processo de extração de uma essência depende de uma série de fatores. e mais recentemente dióxido de carbono em estado super-crítico). . clorofórmio. Se um dos líquidos é a água. exemplificado com a mistura bromobenzeno-água). suas propriedades físico-químicas e finalidade a qual se destina. é possível extrai-los diretamente com um solvente orgânico de baixo ponto de ebulição (por ex. A extração com arraste de vapor é uma variante da destilação azeotrópica. éter e outros solventes orgânicos. Quando dois ou mais líquidos imiscíveis são aquecidos seus vapores se comportam como gases "ideais" e portanto. A composição do destilado depende do pêso molecular dos componentes e de suas respectivas pressões de vapor à temperatura em que a mistura destila: gA / gB = pºA x pmA / pºB x pmB No caso da destilação da mistura bromobenzeno(A)-água(B). O processo é industrialmente muito atrativo devido ao baixo custo e pêso molecular da água. Aparelhagem para destilação por arraste de vapor.5 760mm azeotropo H2O-bromobenzeno H2O bromobenzeno P 95º 100º Tº 156º Figura 2. . Figura 3. temos: 640 mm 120 mm 18 157 ∴ g bromobenzeno / g água = 120 x 157 / 640 x 18 = 1. Em escala de laboratório. pºa pressão de vapor da água a 95ºC pºb pressão de vapor do bromobenzeno a 95ºC m b massa molecular da água m a massa molecular do bromobezeno que se processa a 95ºC. Curvas de destilação da mistura bromobenzeno-água. cada 1grama de água destilada carrea 1. a operação é facilmente realizada em um sistema para destilação simples.64 / 1 logo. munido de um funil de adição por meio do qual a água evaporada é constantemente reposta (Figura 3).64 gramas de bromobenzeno. etc.). R' O Figura 5. O solvente vaporizado e condensado na câmara do extrator dissolve o óleo (ou gordura) da amostra. os lipídios de baixo ponto de fusão (azeite e outros óleos comestíveis). Discussão 1. Quimicamente são classificados como ésteres de álcoois e ácidos graxos de cadeia longa (triglicerídeos ou triacilgliceróis. Enquadram-se. Aponte três analogias entre óleo fixo e óleo volátil. Procedimento: (detalhamento a ser apresentado pelo instrutor). a solução retornará ao balão e o processo repetido um número de vezes (extração contínua). Fórmula genérica de um triglicerídeo A extração de óleo fixo (ou gorduras/cêras) de fonte natural sólida é mais convenientemene executada em um extrator Soxhlet (Figura 5).6 Os óleos fixos são geralmente constituídos de componentes com alto peso molecular. Quais são os dois principais métodos para extrair grosseiramente um produto natural de materiais biológicos? 2. . O R'' O O O R''' O Figura 4. na categoria. noz moscada. Gorduras e cêras pertencem à mesma categoria. O sólido (devidamente moído) é colocado em um cartucho poroso na câmara do extrator e o solvente de extração adicionado ao balão. Parte I – Extração de Óleos Fixos de Materiais Biológicos Experimento Demonstrativo Objetivo: Demonstrar experimentalmente o funcionamento de um extrator Soxhlet na extração de um óleo fixo de tecidos vegetais (castanha de caju. Extrator Soxhlet. mas possuem pontos de fusão mais elevados. Figura 4). milho. Ao atingir o nível do sifão. até que sejam recolhidos cerca de 100 mL do destilado em um Erlenmeyer de 125 ml. Reservar uma alíquota para análises cromatográficas. Pesar o óleo residual e calcular seu rendimento percentual em relação à quantidade original de cravo utilizada. Isolamento do Eugenol a Partir do Cravo da Índia Objetivo: Isolamento de óleos essenciais de tecidos vegetais (especiarias) por destilação com arraste de vapor (eugenol). a região onde deve ser colocado o material biológico a ser extraído e o local de onde será recuperado o extrato de lipídios são. Em menores quantidades. Secar o extrato orgânico combinado com sulfato de sódio anidro.7 3. Montar um aparato para destilação simples. Aquecer suavemente o balão em banho de areia e sob agitação magnética. para o produto natural deve ser grande. cujo principal constituinte é o eugenol. CH3O RO R = H eugenol R = OAc acetato de eugenila cariofileno Figura 6. 4. Decantar a solução orgânica para um béquer previamente tarado e evaporar o solvente em banho-maria (capela!). usando um balão de 250 mL. Componentes do óleo essencial do cravo da Índia. Às vezes um produto natural pode ser isolado macerando a fonte natural em água e extraindo a solução aquosa com um solvente diferente. (e) o solvente deve ser prontamente separável do soluto. Transferir o destilado para um funil de separação e extrair com 2 x 10 mL de diclorometano. respectivamente: Solvente (a) (b) (c) (d) (e) água água clorofórmio clorofórmio glicerol Local onde deve ser colocado o material biológico cartucho poroso balão cartucho poroso balão balão Local onde será recuperado o extrato de lipídeo balão cartucho poroso balão cartucho poroso cartucho poroso Parte II. Colocar 5. (d) o solvente extrator deve ter um ponto de ebulição alto. Procedimento Nota: para simplificação o sistema mostrado na Figura 3 foi ligeiramente modificado. Qual afirmação não é uma propriedade necessária de um solvente para extrair um produto natural desta solução aquosa? (a) o solvente não deve reagir quimicamente com os componentes da mistura.. (b) o solvente extrator deve ser imiscível com a solução original. K. (Provão 2001) Lipídios podem ser recuperados de diversos materiais biológicos através da extração por solvente. (c) o coeficiente de distribuição. Os tipos mais comuns de lipídios são gorduras e óleos derivados de ácidos carboxílicos de cadeias longas e do glicerol. O solvente a ser usado na extração. O cravo da Índia contém entre 14% a 20% p/p de óleo essencial. e adicionar 150 mL de água. Desprezar a fase aquosa. .0 g de botões de cravo da Índia (preferivelmente pulverizados) no balão de destilação. A figura abaixo mostra um extrator do tipo Soxhlet onde pode ser efetuada a extração de lipídeos. estão presentes também o acetato de eugenila e o sesquiterpeno cariofileno (Figura 6). Os dois isômeros obtidos foram separados utilizando-se aparelhagem mostrada na Figura 3. Discussão 1. apresente um desenho do seu cromatograma (revelado sob luz UV e vapor de iodo). com óleo essencial de cravo. 2. Consulte nos catálogos (Index Merk. 5.8 Discussão 1. O mecanismo escolhido para efetuar a separação baseia-se na destilação (a) por arraste a vapor do componente A. Baseado no peso original de cravo. (Provão 2002) Em um laboratório efetuou-se a nitração do fenol. retira-se e deixa-se secar totalmente ao ar (10 a 15 minutos). Comente sobre a eficiência da montagem alternativa utilizada no processo de extração do eugenol. Nesse caso. Com base no experimento realizado. 2. com o auxílio de uma lapiseira. pois B é menos solúvel que A. cuidadosamente. Parte III – Análise Cromatográfica do Óleo Essencial de Cravo Objetivo: Examinar a constituição do óleo essencial de cravo por cromatografia em camada delgada. onde o componente B é recolhido puro. 4. Introduz-se a placa na cuba com o solvente de desenvolvimento indicado pelo instrutor. etc. Supondo que. insere-se a placa em um recipiente cilíndrico e seco de tamanho adequado contendo um pouco de iodo sólido e coberto com um vidro de relógio. onde o componente A é recolhido puro. através de tubos capilares. por apresentar menor momento de dipolo. verifica-se o cromatograma na lâmpada UV. Por que a destilação por arraste de vapor é preferida à destilação simples quando se trata de óleos essenciais? 6. obtendo-se os isômeros o-nitrofenol (A) e p-nitrofenol (B). Para revelação definitiva. uma gotinha das soluções de eugenol (padrão) e do óleo de cravo recém extraído em uma mesma placa de cromatografia. a 1 cm da borda inferior da placa e mantendo-se cerca de 1 cm de distância entre os pontos de aplicação. Espera-se o surgimento de manchas na placa. cristalização ou cromatografia.) o ponto de ebulição do eugenol. 8. pois A é mais volátil que B. Handbooks. 3. Determinar os Rf de todos os componentes das soluções analisadas. de modo que o nível do líquido fique abaixo dos pontos de aplicação. Em que categoria geral de produtos naturais se enquadram as essências? 2. Antes da revelação com iodo. 5. Os constituintes de um óleo essencial particular podem ser separados por destilação fracionada a pressão reduzida. 4. pois apresenta menor ponto de ebulição que B. . considerando que as impurezas presentes no extrato são insignificantes. calcular a porcentagem de recuperação do eugenol. nenhum dos procedimentos acima citados poderia ser adotado para separar os seus componentes (eugenol e acetato de eugenila). Marca-se o contorno das manchas das substâncias UV-ativas. pois apresenta menor solubilidade em água. 3. Registrar as distâncias percorridas pela frente do solvente e pelos componentes de cada amostra analisada (eugenol e do óleo de cravo recém extraído). 6. como água e óleo essencial. (b) por arraste a vapor do componente B. por apresentar ligação hidrogênio intramolecular. destila a uma temperatura abaixo o de 100 C? 7. Aplica-se em pontos separados. Procedimento 1. (c) fracionada. (d) fracionada. Por que um sistema heterogêneo. Espera-se o desenvolvimento do cromatograma mantendo-se a cuba fechada. proponha um fluxograma e equações mostrando como o eugenol pode ser separado (quimicamente!!!) do seu derivado acetilado (ver Figura 6). Quando à frente do solvente ficar a 1 cm (registre essa distância) da borda superior da placa. Supondo que você precisa emitir parecer técnico em relação ao extrato obtido. Considerando os aspectos estruturais dos constituintes do óleo do cravo. líquidos e/ou sólidos. Observe o aspecto da sua cromatoplaca quando revelada sob luz UV e no vapor de iodo. alguns resíduos aquosos poderão ser descartados na pia com água corrente. Com base nos Rf dos componentes de sua amostra e considerando aspectos estruturais dos constituintes do óleo do cravo. deverão ser acondicionados em frascos apropriados para posterior tratamento e reutilização. Os demais resíduos. Você poderia inferir no seu parecer que inequivocamente o mesmo contêm eugenol? Você pode inferir que seu extrato também contém acetato de eugenila e cariofileno? Ou nenhum deles? Ou outros constituintes? Explique. você avalia como coerente os resultados da comparação? Explique. . 4. você poderia fazer uma correspondência entre as manchas observadas e os componentes do óleo do cravo? 5. Disposição dos Resíduos e Insumos Seguindo indicação do instrutor. Diga quantos componentes foram detectados em cada caso.9 3.
Report "isolamento do eugenol a partir do cravo da índia"