UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANACURSO: ENGENHARIA DE ALIMENTOSDISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA II – EXA 411DOCENTE: CARLA MENDES

CROMATOGRAFIA

Feira de Santana-Ba Fevereiro/2009

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANACURSO: ENGENHARIA DE ALIMENTOSDISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA II

DOCENTE: CARLA MENDES

Trabalho da disciplina de Química Orgânica II do Curso de Engenharia de Alimentos realizado pelo aluno Danilo Freitas, como atividade avaliativa.

Orientadora: Carla Mendes

Feira de Santana-Ba Fevereiro/2009

Experimento: Separação Cromatográfica do Extrato de Espinafre

Parte I: Cromatografia em Camada Delgada

OBJETIVO

Verificar a separação de clorofilas e carotenos presentes no extrato de espinafre a partir da análise dos cromatogramas das bandas que correspondem a cada componente após a eluição em um sistema de solvente (fase móvel).

INTRODUÇÃO

É uma técnica simples e muito importante para a separação rápida e qualitativa de pequenas quantidades de material. Na cromatografia em camada fina, a fase líquida ascende por uma camada fina do adsorvente estendida sobre um suporte. Freqüentemente, o suporte utilizado é uma placa de vidro. Sobre a placa espalha-se uma camada fina de adsorvente suspenso em água e deixa-se secar. A placa coberta e seca chama-se “placa de cromatografia em camada fina”. Quando a placa de CCF é colocada verticalmente em um recipiente fechado que contém uma pequena quantidade de eluente, este irá ascender pela camada do adsorvente por ação capilar. À medida que o solvente sobe pela placa, a amostra é compartilhada entre a fase líquida móvel e a fase estacionária. Durante este processo, os diversos componentes da mistura são separados. As substâncias menos polares avançam mais rapidamente que as substâncias mais polares. Cada substância se comportará segundo suas propriedades de solubilidade e adsorção, dependendo dos grupos funcionais presentes na sua estrutura.

Depois que o solvente ascendeu pela placa, esta é retirada da cuba e seca até que esteja livre do solvente. Cada mancha corresponde a um componente separado na mistura original. Se os componentes são substâncias coloridas, as diversas manchas serão claramente visíveis. Contudo, é bastante comum que as manchas sejam invisíveis porque correspondem a compostos incolores. Para a visualização deve-se "revelar a placa". Um método bastante comum é o uso de vapores de iodo, que reage com muitos compostos orgânicos formando complexos de cor café ou amarela. Outros reagentes para visualização são: nitrato de prata (para derivados halogenados), 2,4-dinitrofenilidrazina (para cetonas e aldeídos), verde de bromocresol (para ácidos), ninhidrina (para aminoácidos), etc.

A relação entre as velocidades de movimento da substância e da frente do solvente é chamada Rf, e é definido como a razão entre a distância percorrida pela substância, a partir do ponto de aplicação até o meio da mancha, e a distância percorrida pelo solvente a partir do ponto de aplicação. Rf = dc / de; sendo: dc: distância percorrida pelo componente da mistura; de: distância percorrida pelo componente da mistura; Na prática, os valores de Rf obtidos em uma placa raramente se repetem em outra, devido a fatores, como tamanho da partícula do adsorvente, composição do solvente grau de saturação da câmara de eluição, ativação e condições de estocagem das placas, espessura da camada do adsorvente, etc. Os valores de Rf são, todavia, importantes quando se faz um estudo comparativo utilizando soluções de substâncias-padrão aplicadas na mesma placa. Os adsorventes mais utilizados como fase estacionária (FE) são: sílica, alumina, celulose e poliamida. Na escolha do solvente ou da mistura de solventes, deve-se considerar a natureza química das substâncias a serem separadas e a polaridade da fase móvel.

PARTE EXPERIMENTAL

Reagentes

Folhas de espinafre Água Acetona Acetato de etila Gel de sílica Éter de petróleo Hexano

TABELA DE TOXIDADE DOS REAGENTES

REAGENTES TOXICIDADEÁgua ------------------------------------------------------Acetona É tóxico e irritante. Evite contato com a pele

olhos e vestuários.Acetato de Etila É tóxico, irritante e muito inflamável. Evitar

inalação ou contato com a pele.Éter de Petróleo Facilmente inflamável. Irritante para a pele.

Nocivo: risco de efeitos graves para a saúde em caso de exposição prolongada por inalação. .

Sílica Gel È muito irritante para os pulmões. Evite respirar seu pó muito fino

Hexano È muito inflamável. Aquecer somente em banho-maria.

TABELA DE PROPRIEDADES FÍSICAS

Compostos Fórmula Química

PesoMolecular(g/mol-1)

Aparência Solubilidade Densidade(g.cm3 ) (20-250C

Ponto de fusão (0C

Ponto de ebulição (0C)

Água H2O 18,01 Líquido incolor

1000 kg·m−3, líquida 917 kg·m−3, sólida

0o 100o

Acetona C3H6O 58,08 Líquido incolor

Miscível em água, etanol e éter

0.79 a 20oC ------- 56,2o

Acetato de Etila

CH3COOCH2CH3 88,11 Líquido incolor

Miscível em água, etanol e éter

0,90 a 20oC -83,0o 77o

Éter de Petróleo

Mistura de hidrocarbonetos voláteis

------------ Líquido incolor

Em água: insolúvel, em clorofórmio; solúvel

0.65 a 20oC ------- 30o a 70o

Hexano C6H14 86,18 Líquido incolor

Solúvel em etanol e em clorofórmio

0,66 a 20oC ------- 69o

Sílica Gel SiO2 60,09 Sólido branco

Obs.: A sílica usada na cromatografia de camada delgada é a gel de sílica 60G.

VIDRARIAS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

Béquer;Proveta;Coluna;Bastão de Vidro;Erlemeyer;Funil de Vidro;Balança;Suporte Universal;Garra;Aro;Pipeta Pasteur;Etiquetas;Papel de Filtro

FLUXOGRAMA DO PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Parte 1:1.A) Preparo das cromatoplacas

Preparar uma suspensão uniforme

Espalhar a suspensão de maneira uniforme sobre a placa de vidro

Repouso

1.B) Seleção da fase móvel

Escolher 4 solventes puros ou misturas de solventes

Realizar as etapas 1.C e 1.D para cada um

1.C) Preparo da cuba cromatográfica

Preparar 20 mL da fase móvel em um béquer de 250 mL

Tampar o béquer com uma placa de Petri

1.D) Aplicação da amostra na cromatoplaca e desenvolvimento do cromatograma

Fazer na placa uma marca de referência com1,5 cm de distância da borda inferior e 1,0 da borda superior

Aplicar a solução de extrato de espinafre com o auxílio do tubo capilar no centro da marca inferior

Introduzir a placa na cuba cromatográfica

A altura do solvente não deve ultrapassar 1,5 cm de altura

2 g de gel de sílica 60G + 4 a 5 mL de água destilada

Esperar que a fase móvel atinja a marca superior

Retirar a placa e secá-la na capela

Observar as bandas e anotar as distâncias percorridas pela fase móvel e por cada um dos componentes

CROMATOGRAMAS

Placa I Fase estacionária: Sílica gel 60G Fase móvel: Mistura de hexano e acetona 8:2

Placa II

Fase estacionária: Sílica gel 60G Fase móvel: Hexano

Placa III Fase estacionária: Sílica gel 60 G Fase móvel: mistura de hexano e acetato de etila

CÁLCULO DO FATOR DE RETENÇÃO

A determinação do fator de retenção é obtida pela relação abaixo:

Rf = dc/de dc: distância percorrida pelo componente da amostra; de: distância percorrida pelo eluente;

Logo, pode-se calcular o Rf para cada banda visível na placa:

Placa I: d(eluente): 5 cmd (carotenos): 4 cm d (clorofila): 0,9 cm d(outros): 0,6 cm

Rf da banda amarela: Rf = 4/5 = 0,8 cm

Rf da banda verde: Rf = 0,9/5 = 0,18 cm

Rf para outra banda:Rf= 0,6/5 = 0,12 cm

Placa II

d(eluente) = 5 cmd(carotenos) = 1 cm d(clorofila) = 0 cm

Rf para a banda amarela:Rf = 1/5= 0,2 cm

Rf para a banda verde:Rf = 0/5 = 0 cm

Placa III

d(eluente) = 5 cmd(carotenos) = 4,8 cm d(clorofila) = 0,5 cm

Rf para a banda amarela: Rf = 4,8/5 = 0,96 cm Rf para a banda verde: Rf = 0,5/5 = 0,10 cm

QUADRO - RESUMO

Fase estacionária

Fase móvel Rf para banda amarela (cm)

Rf para banda verde (cm)

Rf para outras bandas (cm)

Gel de sílica 60G

hexano + acetona 0,8 0,18 0,12

Gel de sílica 60G

hexano 0,2 0,0 --------------------

Gel de sílica 60G

Hexano + acetato de etila

0,96 0,10 --------------------

DISCUSSÃO

Tendo-se a fase estacionária comumente utilizada – sílica gel (polar), foi incumbida apenas a tarefa da seleção de solventes adequados para a realização do experimento, uma vez que, em caso de fases estacionárias polares, é normal utilizar solventes de baixa ou média polaridade. Então, obtendo-se essa informação e com auxílio de uma seqüência crescente de polaridade dos eluente, foram utilizados respectivamente os dois solventes julgados como mais adequados: hexano e a mistura de hexano com acetato de etila, pois o primeiro é de baixa polaridade e o segundo é de média polaridade, logo atende ao requisito citado anteriormente. Pode-se então fazer análise do comportamento da banda para cada solvente utilizado a partir do estudo das interações entre a fase móvel e fase estacionária e entre essas com os componentes da amostra, obtendo-se os seguintes resultados: Na placa I, em que se utilizou a mistura de solventes já estabelecida no roteiro ( hexano e acetona), o componente menos polar (caroteno) interagiu mais com a fase móvel( média polaridade) e pouco com a fase estacionária(polar), sendo então facilmente deslocado pela mistura de solventes, uma vez que a F.M compete pelo sítios ativos na superfície do adsorvente com os demais componentes da amostra. Já o grupo de clorofila interagiu mais com a F.E, tendo conseqüentemente um deslocamento menor do que o grupo de carotenos. O que confirma sua forte interação com a fase estacionária. Pode-se detectar ainda a presença de outros componentes que interagiram muito com a fase estacionária. Através do cálculo do Rf para cada banda pode-se comprovar as análises feitas a partir do cromatograma, por exemplo, como a banda amarela foi mais deslocada pelo solvente em comparação com as demais, logicamente seu Rf será maior que o Rf dos componentes analisados. É importante frisar que podem ter existindo outros componentes na placa que não eram visíveis. A visualização só é possível a partir do uso de alguns métodos. Na placa II, o solvente utilizado foi o hexano (apolar), que não deslocou o grupo de clorofila, ou seja, não dessolveu a clorofila por ser um eluente de baixa polaridade, possuindo logicamente desvantagem na competição com os componentes da amostra pelo sítio de ativação na superfície da fase estacionária. Em suma o grupo de clorofila interagiu muito com a fase estacionária e o grupo de carotenos interagiu mais com a fase estacionária se comparado com o deslocamento da banda verdade, porém, percebe-se que o deslocamento foi muito menor do que quando o solvente utilizado foi o de média polaridade. O cálculo do fator de retenção ratificou a análise, uma vez que o Rf para a banda verde foi igual a zero.

Na placa III, o eluente utilizado foi uma mistura de hexano com acetato de etila. O que provocou uma forte interação do grupo de carotenos com a fase móvel (média polaridade), ou seja, foi deslocado até a extremidade superior da placa , interagindo logicamente pouco com a fase estacionária. Em relação ao grupo de clorofila, a mistura de solventes possuiu desvantagem na competição pelo sítio de ativação na superfície do adsorvente, ou seja, os componentes do grupo interagiram mais com a fase estacionária que o eluente, sendo conseqüentemente pouco deslocado pelo mesmo. È preciso ressaltar que os valores de Rf não são constantes cromatográficas empregadas, variando com as condições cromatográficas empregadas com a natureza e preparação do solvente , o tamanho da amostra , a temperatura, etc.Logo os valores encontrados podem sofrido grandes variações.

Figura 1: Esquema da prática de cromatografia em camada delgada

Experimento: Separação Cromatográfica do Extrato de Espinafre

Parte II: Cromatografia em Coluna

OBJETIVO

Separar e obter as clorofilas e carotenos presentes no extrato de espinafre.

INTRODUÇÃO

Na cromatografia em coluna, o sólido utilizado na fase fixa deve ser um material insolúvel na fase móvel associada (eluente); sendo que os mais empregados são a sílica gel (SiO2) e alumina (Al2O3), geralmente na forma de pó finamente dividido. A mistura a ser separada é colocada na coluna com um eluente pouco polar e aumenta-se gradativamente a polaridade do eluente e conseqüentemente o seu poder de arraste de substâncias mais polares. Uma seqüência de eluentes de polaridade crescente é a seguinte: éter de petróleo, hexano,tetracloreto de carbono, cloreto de metileno, éter etílico, acetato de etila, etanol, metanol, água e ácido acético. O fluxo de eluente deve ser contínuo. Os diferentes componentes da mistura mover-se-ão com velocidades distintas dependendo de sua afinidade relativa pelo adsorvente (grupos polares interagem melhor com o adsorvente) e também pelo eluente. 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. De um modo geral, os compostos apolares atravessam a 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. Com uma escolha cuidadosa das condições (adsorvente, eluente, tamanho da coluna, velocidade de eluição), praticamente qualquer mistura pode ser separada.

PARTE EXPERIMENTAL

Reagentes

Folhas de espinafre Acetona Gel de sílica 60 Hexano

TABELA DE TOXICIDADE DOS REAGENTES

REAGENTES TOXICIDADEAcetona É tóxico e irritante. Evite contato com a pele

olhos e vestuários.Hexano È muito inflamável. Aquecer somente em

banho-maria. Sílica Gel È muito irritante para os pulmões. Evite

respirar seu pó muito fino

TABELA DE PROPRIEDADES FÍSICAS DOS REAGENTES

Reagentes Fórmula Química

PesoMolecular(g/mol-1)

Aparência Solubilidade

Densidade(g.cm3 ) (20-250C

Ponto de fusão (0C

Ponto de ebulição (0C)

Acetona C3H6O 58,08 Líquido incolor

Miscível em água, etanol e éter

0.79 a 20oC

------- 56,2o

Gel de sílica

SiO2 60,09 Sólido branco

Hexano C6H14 86,18 Líquido incolor

Solúvel em etanol e em clorofórmio

0,66 a 20oC

------- 69o

FLUXOGRAMA DO PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Parte II:2.A) Separação por cromatografia em coluna

Fixar a coluna verticalmente

Manter um béquer abaixo da coluna

Preparar uma suspensão com hexano e 8 g de gel de sílica 60G

Colocar a suspensão dentro da coluna

Deixar o material assentar

Não deixar a coluna secar durante o enchimento

2.B) Aplicação da amostra e eluição

Abrir a torneira da coluna até que a camada de solvente se aproxime da sílica

Aplicar a solução de extrato de espinafre com uma pipeta Pasteur, espalhando de maneira uniforme sobre a fase estacionária

Abrir a torneira até o extrato atingir o nível do recheio

Colocar uma camada de sílica sobre o extrato

A torneira deve está aberta e a coluna deve está com 1/3 de sua capacidade preenchida com hexano

Sem tocar nas paredes

Sem deixar a coluna secar

Adicionar o hexano, iniciando a eluição

Coletar a 1ª banda num frasco rotulado

Mudar a fase móvel para acetona

Coletar a outra banda, em outro frasco rotulado

Observar a coloração das bandas

Figura2: Esquema da prática de cromatografia em coluna

DISCUSSÃO

A separação do grupo de carotenos e clorofilas foi obtida a partir do uso da cromatografia em coluna. Para a realização de uma efetiva separação dos componentes da amostra, foi necessário o uso de alguns métodos a fim de evitar irregularidades na coluna, tais como o auxílio de um método empírico para eliminação de bolhas, método este, que consistiu no uso de um solvente volátil( acetona), que foi posto no algodão e envolto na superfície da coluna onde continha as bolhas. A retirada das bolhas foi possível porque a acetona retirou calor da superfície da coluna, resfriando as bolhas que conseqüentemente conseguiram migrar, ou seja, foram eliminadas. O outro método foi encher a coluna de forma que evitasse a secagem, pois acontecendo isso, implicaria em uma separação incompleta já que haveria irregularidades na coluna. Nesse experimento, inicialmente, à medida que se colocou o eluente( hexano), pode-se supostamente deduzir que não houve tempo suficiente para que nenhum composto fosse deslocado pelo solvente, logo, recolheu-se o denominado volume morto. Então, devido ao constante acréscimo do solvente, pode-se obter a primeira banda (amarela) que por ser apolar interagiu mais com a fase móvel do que com a fase estacionária (polar).Já a banda verde (polar) continuou imóvel na parte superior da coluna devido a sua maior interação com a FE. É importante destacar que o deslocamento do grupo de carotenos até a extremidade inferior da placa demorou, devido à baixa polaridade do eluente, que possuiu desvantagem na competição pelo sítio de ativação na superfície do adsorvente, tendo dificuldade assim, de arrastar os componentes. Obtendo-se a primeira fração ( banda amarela) e vendo que a banda verde continuava imóvel, foi necessária a realização de uma eluição por polaridade, ou seja adicionou na coluna um solvente polar ( acetona), que possibilitou o deslocamento dos componentes das clorofilas(polar), que logicamente interagiu menos com a fase estacionária, a qual supostamente é menos polar que a fase estacionária.

ANEXO I

Questionário

1)Por que as folhas foram moídas?As folhas foram moídas a fim de se obter o extrato, aumentando-se assim a superfície de contato com os solventes para a extração dos componentes da amostra e possibilitando a retirada da fase aquosa do extrato.

2) Por que foi utilizado uma mistura de acetona e hexano no preparo de extrato?Por ser utilizada uma mistura de um componente polar (acetona) e um componente (apolar), pode-se dessolver o extrato já que na amostra existem grupos de carotenos (apolar) e grupo de clorofilas (polar). Então, modulando a polaridade, o solvente orgânico extrator, pode extrair os componentes desejados.

3) Após a preparação do extrato de folhas de espinafre observa-se a presença de duas fases. Explicar.As duas fases correspondem à fase orgânica extraída pelo solvente e à fase aquosa proveniente da umidade natural da planta.

4) Por que o extrato foi aplicado sobre as placas previamente preparadas e não sobre as placas preparadas durante o experimento? Porque as placas preparadas durante o experimento necessitariam de mais tempo de exposição ao ar para que ocorresse uma secagem efetiva que implicasse na aderência do adsorvente sobre as mesmas. É importante ressaltar que apesar das placas fabricadas terem um custo maior, elas são mais confiáveis, pois dispensam a fase de preparação e são bem mais uniformes e homogêneas. E as placas preparadas em laboratório estão mais sujeitas a ausência de aderência do adsorvente e a uniformidade. Problemas estes que implicam na realização do experimento.

5)Qual a finalidade do uso da CCD nesse experimento?A cromatografia em coluna tem como finalidade a separação e a obtenção dos compostos (clorofilas e carotenos), uma vez que a CCD só verifica a separação dos componentes.

6) Qual dos dois componentes é mais polar? Explique. Sabendo-se a fase estacionária é polar, e que a o grupo de clorofila interagiu mais com a FE , pois foi menos deslocada pela fase móvel. Pode-se confirmar que o componente mais polar é a clorofila. Na CCD, enquanto o caroteno foi facilmente arrastado pelo solvente para a extremidade superior da placa, a clorofila permaneceu no centro da placa. Na CC, à medida que o caroteno atravessou a coluna facilmente, a clorofila permaneceu imóvel na parte superior da mesma.

7) O que é Rf? Rf é o fator de retenção, que é obtido a partir da relação da distância percorrida pelo componente da mistura(dc) e a distância percorrida pelo eluente ( de). Obs.: Os cálculos do Rf para cada banda foi realizada durante o desenvolvimento do relatório.

8) Considerando a natureza química das substâncias separadas , a polaridade da fase estacionária e da fase móvel, comparar e explicar os cromatogramas obtidos no experimento I. O estudo dos cromatogramas foi realizado na discussão.

9) Se os componentes não fossem coloridos como poderiam ser identificadas as bandas na cromatografia em camada delgada?Os métodos mais comuns para visualização de uma placa são:

Vapores de iodo; Lâmpada ultravioleta;

No primeiro método, os vapores de iodo regiram com muitos compostos orgânicos formando complexos de cor marrom ou amarela. No segundo método, sob a luz UV os compostos geralmente como manchas brilhantes de prata.Outro método consiste na adição de um indicador de fluorescência ao adsorvente usado para cobrir a placa.

10) Por que a coluna não deve possuir bolhas e não deve secar?Se o adsorvente secar ou tiver bolhas de ar, a obtenção da separação completa de uma mistura será provavelmente impossível,pois os dois fatores causam inclinação das bandas resultando em separação parcial.

11) Qual grupo de compostos eluiu primeiro da coluna? Qual do grupo de compostos ficou mais retido?O componente que eluiu primeiro foi o caroteno, pois por ser apolar interagiu com mais com a fase móvel, sendo facilmente deslocado. E a clorofila ficou retida, sendo eluida apenas quando se realizou uma eluição por polaridade através da escolha da acetona como o solvente, uma vez que o hexano é um solvente polar, não podendo conseqüentemente arrastar a clorofila.

12) Comparar o comportamento observado das bandas na CC com o observado na CCD.Na CC o caroteno ficou na extremidade inferior da coluna por ter interagido mais com a fase móvel, já na CCD foi facilmente arrastado até a extremidade inferior da coluna, sendo, então separado. Em relação à clorofila, na CC, a mesma ficou retida na extremidade superior da placa por não interagir com a fase móvel (hexano), já na CCD, a mesma posicionou-se no centro da placa, sendo pouco deslocada pela FM.

13) Qual é o mecanismo de separação dos dois grupos de compostos neste experimento? O mecanismo de separação é dado pela interação da fase estacionária e da fase móvel com os componentes da mistura, no caso do experimento, o mecanismo de separação é o processo físico, que é denominado de processo de adsorção, que é baseado principalmente em atrações eletrostáticas ou dipolares (forças de Van Der Waals), incluindo a formação de ponte de hidrogênio. A adsorção se dá na interface entre o sólido e a fase móvel, devido à presença de grupos ativos na sua superfície.

ANEXO II

Spinacia oleracea na época de floração

Classificação científica

Reino: Plantae

Divisão: Magnoliophyta

Classe: Magnoliopsida

Ordem: Caryophyllales

Família: Amaranthaceae

Gênero: Spinacia

Espécie: S. oleracea

Nome binomial

Spinacia oleracea

ANEXO III

As clorofilas são os pigmentos verdes que atuam como as principais moléculas foto receptoras das plantas. Elas são capazes de absorver certos tipos de comprimentos de onda da luz visível que então são convertidos em energia pelas plantas. Duas formas diferentes destes pigmentos são as clorofilas a e b. Os carotenóides são pigmentos amarelos que também estão envolvidos no processo fotossintético; a estrutura do -caroteno está representada na figura 2.6. O -caroteno difere do isômero na posição da dupla ligação no anel cicloexano (C4-C5 ao invés de C5-C6).Adicionalmente, os cloroplastos também contêm vários derivados de carotenos contendo oxigênio chamados de xantofilas.

Referências Bibliográficas

VOGEL, Artur, Análise Química Quantitativa, 5a ed., Rio de Janeiro, Ed.Guanabara Koogan.

HARRIS, D.C., Análise Química Quantitativa, 5a ed., LTC, RJ, 2001.

LAVOURRETE, Aramando, Técnicas e Operações Unitárias em química Laboratorial, 4aed. 2003, 28p.

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