UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL UERGSUnidade de Novo Hamburgo Engenharia em Energia

Orgnica Experimental A Prof. Joo AlifantesAtividade 01 18/06/2011EXTRAO DE CAFINA DO MATEArthur Geremia, Rejane Gabe

RESUMO: A cafena faz parte de uma classe de compostos naturais que contm nitrognio e tem as propriedades de uma base amina orgnica, denominada alcaloides. Alm das folhas da erva-mate (ilex paraguariensis) utilizadas neste experimento, tambm h outras fontes vegetais de cafena, tais como ch, caf, nozes de cola, sementes do guaran e, em menor escala, os frutos do cacau. O alcaloide puro foi isolado pela primeira vez, a partir do caf, pelo qumico francs Pierre Jean Robiquet. Nesta prtica, a cafena foi extrada utilizando dois processos: uma extrao slido-lquido, onde a cafena extrada das folhas vegetais e, depois, uma extrao lquido-lquido, onde a cafena extrada na fase aquosa.

REFERENCIAL TERICOSubstncias presentes na erva-mateA erva-mate (Ilex paraguariensis) uma planta originria da regio subtropical da Amrica do Sul, presente no sul do Brasil e centro oeste do pas (Mato Grosso do Sul), norte da Argentina, Paraguai e Uruguai. No estado do Rio Grande do Sul hbito popular tomar chimarro (feito com erva-mate) e, por essa razo, essa planta foi escolhida neste experimento para fazer a extrao da cafena, pois estudos mostram que, inclusive, ela contm mais desta substncia que oprprio caf.Os principais compostos encontrados na erva-mate so os polifenis (cido clorognico e seus derivados), e as xantinas, seguidos por alcalides purnicos, aminocidos, minerais (fosfato, clcio e ferro), vitaminas C, B1 e B2 e, ainda, clorofila, colina, cido nicotnico, cido pantotnico, rutina, tanino, cido urslico, alm de outros de menor importncia. Dentre as metilaxinas presentes, a cafena o composto que tem concentrao mais alta, 1 a 2% da folha seca, seguida pela teobromina, com 0,3 a 0,9% da folha seca. As ervas-mate consumidas no Brasil apresentam cerca de 30% de ramos e 70% de folhas. Meio litro de chimarro pode chegar a ter 260mg de cafena e entre 40 e 120mg de teobromina.CafenaA cafena, 1,3,7 trimetilxantina, apresenta-se sob a forma de um p branco ou pequenas agulhas, atinge o ponto de fuso a 238 C e ponto de ebulio a 178 C, em condies normais de temperatura e presso. extremamente solvel em gua quente (solubilidade em gua igual a 67,0g/100ml 110C), no tem cheiro e apresenta sabor amargo. Tem frmula molecular C8H10N4O2 e sua frmula estrutural est representada da Figura 1 a seguir.

Figura 1: Frmula Estrutural da Cafena

A cafena pertence a uma famlia de compostos naturais chamados de xantinas, que estimulam o sistema nervoso central tendo como resultado um estado de alerta aumentado, a capacidade de evitar o sono e o aumento da concentrao. A dependncia comprovada de cafena causa polmica e,do ponto de vista mdico, o seu consumo gera opinies contraditrias, pois ela age fortemente sobre o corao e os vasos sanguneos e aumenta a presso arterial, alm de atuar sobre o metabolismo basal e aumentar a produo de suco gstrico.Doses teraputicas de cafena estimulam o corao aumentando a sua capacidade de trabalho, produzindo tambm dilatao dos vasos perifricos. Sua rpida ao estimulante faz dela um poderoso antdoto depresso respiratria em consequncia de intoxicao por drogas como morfina e barbitricos. A ingesto excessiva pode provocar, em algumas pessoas, efeitos negativos como irritabilidade, ansiedade, agitao, dor de cabea e insnia. Os portadores de arritmia cardaca devem evitar at mesmo dosagens moderadas da substncia. Altas doses de cafena excitam demasiadamente o sistema nervoso central, inclusive os reflexos medulares, podendo ser letal. A grande maioria dos brasileiros adultos consomem doses dirias superiores a 300mg, porm estudos demonstraram que a dose letal para o homem , em mdia, de 10 gramas.As fontes mais populares de xantinas so chs, refrigerante e caf. Alm da cafena, estes produtos tambm contm outras xantinas em menor quantidade, tais como teobromina, encontrada no cacau, e a teofilina, presente no ch, que possuem propriedades medicinais. Uma xcara mdia de caf contm, em mdia, cem miligramas de cafena. J em uma xcara de ch ou um copo de alguns refrigerantes encontram-se quarentamiligramas da substncia.A cafena foi isolada do caf em 1820 pelo qumico alemo Ferdinand Runge Friedlieb e, em 1821 pelos qumicos franceses Pelletier e Caventou e, independentemente, por Robiquet. Foi Pelletier, observando que a droga havia sido isolada do caf (em francs: caf), que cunhou a palavra "cafena", que se tornou no portugus a palavra "cafena.TaninosOutras substncias presentes na erva-mate so os taninos, que so fenis de peso molecular entre 500 e 3000. Eles se dissolvem na gua quente usada para extrair as folhas de ch e precipitam alcalides e protenas de solues em gua. Os taninos so divididos usualmente em duas classes: os hidrolisados e os condensados. Os taninos encontrados em maior quantidade na erva-mate so os hidrolisveis e, geralmente resultam steres de cido glico e glicose nesse processo aps extrao pela gua quente (alguns dos grupos de hidroxila da glicose sofrem esterificao). Devido aos grupos fenol dos taninos e aos grupos carboxila do cido glico, estes compostos so cidos. A adio de cloreto de sdio agua do ch converte estes cidos em sais de sdio, muito solveis em gua.Tcnicas LaboratoriaisExtrao slido-slidoEste tipo de extrao utilizado para extrair um produto natural slido de uma fonte natural como uma planta. Escolhe-se um solvente que dissolve seletivamente o composto desejado e deixa para trs um solvel indesejado. Neste caso foi usado hidrxido de clcio e cloreto de sdiopara separar os taninos e extrair cafena da erva mate.Extrao lquido-lquidoA extrao lquido-lquido envolve a partio do analito (parte da amostra de interesse na anlise) em duas fases lquidas imiscveis normalmente por agitao em um funil de separao. Em muitos casos uma das fases gua pura e a outra fase um solvente orgnico. Se o analito estiver inicialmente dissolvido em gua, para que a extrao com uma fase orgnica seja eficiente, ser provavelmente necessrio modificar o analito, de modo a torn-lo preferencialmente solvel na fase orgnica, ou seja, ser necessrio tornar o analito menos hidroflico e mais hidrofbico.A escolha dos solventes deve levar em considerao a densidade para que se formem camadas imiscveis bem definidas. Se a fase orgnica for a fase de extrao, isto , se a fase orgnica for utilizada na etapa seguinte do processo aconselhvel usar um solvente orgnico suficientemente voltil para poder ser removido por evaporao.Embora a cafena seja solvel em gua, ela muito mais solvel em solvente orgnico. Por esta razo, neste experimento foi utilizado o diclorometano (CH2Cl2) como solvente orgnico, que apresenta solubilidade de 13 g/L a 20 C, pois a fase extrada, onde se encontra a cafena, foi a orgnica, enquanto que os sais de sdio do cido glico e dos taninos permaneceram na camada de gua.Coeficiente de Partio KPraticamente todas as extraes lquido-lquido dependem do processo departio com o analito distribudo nas duas fases lquidas em contato. A lei de distribuio estabelece que, no equilbrio, uma substncia solvel em ambas as fases se distribui de modo que a razo das suas atividades em cada fase uma constante conhecida como coeficiente de partio (ou coeficiente de distribuio).K=C1C2Onde o C1 e C2 so as concentraes no equilibrio em gramas por litro. Esta constante depende somente da natureza dos solventes e independe da quantidade dos solventes misturados.Nem todo soluto ser tranferido para o solvente em uma nica extrao, a menos que K seja muito grande. Usualmente, preciso fazer vrias extraes pequenas para remover todo soluto do solvente. Comprovamos isto atravz do seguinte exemplo hipottico:Ex: Suponha que uma determinada extrao ocorra com coeficiente de distribuo k=10. O sistema formado por 5g de composto orgnico em 100ml de gua.a) nica extrao com 150ml de ter:k=C2C1=10= 5,0-x g150 mL de terx g100 mL H2OResolvendo para x temos que:x=0,31g em guaE, consequentente:5,0-x=4,69g em ter

b) Trs extraes de 50mL de ter:Na primeira extrao com 50mL a quantidade extrada pela quantidade de ter dada por:k=C2C1=10= 5,0-x g50 mL de terx g100 mL H2OResolvendo para x temos que:x=0,83g em guaE:5,0-x=4,17g em terA segunda extrao com outra poro de ter feita na camada de gua que agora contm 0,83g de soluto. Substituindo estes dados naequao temos:k=C2C1=10= 0,83-x g50 mL de terx g100 mL H2OE:x=0,14g em gua0,83-x=0,69g em terNa terceira extrao com 50 mL de ter temos 0,14g de soluto presente na gua, ento:k=C2C1=10= 0,14-x g50 mL de terx g100 mL H2OLogo:x=0,02g em gua0,14-x=0,12g em ter,Ento:xTOTAL=4,17+0,69+0,12=4,98g do composto em terSomando o resultado das trs extraes sucessivas de 50mL de ter sobrou 4,98g do composto em 150mL de ter e, somente 0,02g do composto permaneceram na gua, enquanto que a extrao em uma nica etapa com 150mL do mesmo solvente foi obtida 4,69g do composto, ou seja, 0,29g a menos que nas trs extraes sucessivas, o que comprova que fazer a extrao em mais de uma etapa mais eficiente.Agentes de secagemPara remover gua de uma camada orgnica, usa-se um agente de secagem, que geralmente um sal inorgnico anidro capaz de adicionar gua de hidratao quando exposto umidade do ar ou solues midas. Se a quantidade de agente secante for suficiente a gua completamente removida de uma soluo mida tornando-a seca ou livre de gua, como ilustra a seguinte reao:Na2SO4 (s) + soluo mida(nH2O) Na2SO4 .n H2O (s) + Soluo secaO agente de secagem usado neste experimento foi o Sulfato de Sdio (NO2SO4) por ser pouco agressivo e muito eficiente quando usado na temperatura normal. Ele remove a gua da maior parte dos solventes comuns.Os agentes de secagem so caracterizados pela capacidade einteireza. A capacidade a quantidade de gua que um agente de secagem absorve por unidade de peso. Inteireza refere-se eficincia com que um composto remove toda a agua de uma soluo quando o equilbrio alcanado. A Tabela 1 apresenta os valores destas caractersticas para o Sulfato de Sdio.Tabela 1: Capacidade e inteireza do Sulfato de Sdio

PROCEDIMENTO EXPERIMENTALPreparo da SoluoEm um copo de Becker foi adicionado 20g de erva-mate e 150 mL de gua. Esta mistura foi aquecida em uma manta de aquecimento a aproximadamente 90C durante 15 minutos. Aps este perodo foi adicionado 30,09g de cloreto de sdio, e 1,552g de hidrxido de clcio, para os taninos contidos na erva mate se precipitarem, conforme citado na introduo terica.FiltraoEm seguida, a soluo formada foi filtrada utilizando funil de Bchner, kitazato e trompa de gua. O kitazato um frasco coletor com abertura lateral que permite fazer filtrao a vcuo ou por suco. A sada lateral ligada por um tubo de borracha a uma fonte de vcuo. Neste caso, a mangueira foi ligada diretamente a uma torneira de gua. O funil de Bchner, de porcelana, foi usado neste caso porque ideal para filtrar grandes quantidades de slidos de solues de escala grande. Para evitar que o slido escapasse, foi necessrio colocar um papel filtro circular umidecido cobrindo exatamente toda a rea do funil, para aderir melhor ao fundo e impedir que a mistura passasse sem filtrar pelas bordas dopapel. O funil de Bchner foi ligado ao Kitazato por uma rolha de borracha. A montagem e equipamentos desta etapa esto ilustrados na Figura 2 a seguir.

Figura 2: Montagem da parte de filtragem a vcuo utilizando Funil de Bchner e Kitazato.

A soluo filtrada foi transferida para um Becker limpo e posta em ebulio at chegar a um volume final de aproximadamente 25mL. Isso foi feito para concentrar a soluo.ExtraoO filtrado foi deixado esfriar at a temperatura ambiente. Aps isto, foi usado um funil de separao para extrao da cafena com uma poro de 25mL de diclorometano (solvente de extrao). O funil de separao foi suspenso em um anel de ferro preso ao suporte universal. Aps fechar a torneira do funil, foi colocado a soluo a ser extrada e o solvente de extrao e agitado cuidadosamente segurando pela parte superior com a tampa fechada. Quando os dois lquidos imiscveis entram em contato, a presso aumenta, por isso o funil foi mantido de cabea para baixo e aberto a torneira para aliviar a presso. Aps misturar os lquidos, o funil de separao foi colocado no anel e s ento a tampa foi removida. Os equipamentos e montagem desta etapa esto ilustrados na Figura 3 a seguir:

Figura 3: Extrao lquido-lquido utilizando Funil de Separao, preso ao suporte universal por um anel de ferro.

Aps certo tempo foi possvel visualizar nitidamente as duas camadas imiscveis dos lquidos e ento, foi deixado escorrer atravs da torneirasomente a camada inferior. Como o solvente de extrao utilizado foi o diclorometano, foi ele que ficou na parte inferior e removido. Este procedimento foi realizado duas vezes porque, conforme visto teoricamente, mais eficiente fazer 2 extraes com uma quantidade menor de solvente do que somente uma com a quantidade total.SecagemPara retirar o excesso de gua no experimento, foi adicionado uma pequena quantidade de sulfato de sdio em p, que um eficiente agente de secagem, como visto na introduo. Logo foi feita uma filtrao simples, usando funil e filtro de caf.A soluo orgnica restante foi reservada por duas semanas em um ambiente seco.

RESULTADOSTranscorrido duas semanas o diclorometano evaporou e foi possvel medir 0,0224g de cafena, de aparncia cristalina (grnulos de cor branca). A quantidade extrada foi um pouco menor do que o esperado, pois inevitavelmente hove perda da cafena nas transferncias de um vidro para o outro. Tambm houve uma pequena falha na filtrao, pois no foi feito o vcuo necessrio para filtrar toda a substncia, ficando um pouco de cafena no funil de Bchner.

CONCLUSOTomando como base os resultados obtidos, podemos observar que 0,112% da erva mate cafena. Mesmo obtendo resultados abaixo do esperado, por meio de clculos hipotticos, podemos compreender que trs extraes so mais eficientes que uma extrao, tornando este mtodo o mais rendvel.Esta experincia tambm foi vlida paraaprendermos tcnicas de extrao lquido-lquido utilizando equipamentos que ainda no sabamos manusear, tais como o Funil de Bchner e o Funil de separao, usados para filtrao e extrao, respectivamente, assim como tambm conhecemos o mtodo de secagem utilizando agentes de secagem.Tambm foi interessante pesquisarmos a parte terica sobre a cafena e outras xantinas presentes em produtos que fazem parte da nossa alimentao cotidiana, tais como chs, cafs, refrigerantes e chimarro, assim como tambm estudamos os seus efeitos no organismo humano.

REFERNCIASPavia, Donald L.; Lampman, Gary M.; Kriz, Geoege S.; Qumica orgnica experimental: tcnicas de escala pequena; traduo de Ricardo Bicca de Alencastro; 2ed, Porto Alegre, Bookman, p.78-85, 594-614, 2009.

Mendham, J.; Denney, R.; Barnes, J.; Thomas, M.; Vogel Anlise Qumica Quantitativa; traduo de Ricardo Bicca de Alencastro; 6 ed, Rio de Janeiro, LTC, p. 115-137, 2002.

Poerschke, R. A.; Efeitos da ingesto aguda de chimarro na funo endotelial e nos sinais vitais. Dissertao de mestrado, UFRGS, 2009.Consultado em 31/03/2011 em: http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/16858/000708252.pdf?sequence=1

Pansera, M.R.; Anlise de taninos totais em plantas aromticas e medicinais cultivadas no nordeste do Rio Grande do Sul; Revista Brasileira de Farmacognosia, v.13, n1, p.17-22, 2003.Consultado em 31/03/2011 em:http://www.scielo.br/pdf/rbfar/v13n1/a02v13n1.pdf