Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Qumica

Obteno do leo do cravo-da-ndia utilizando tcnicas de destilao com arraste a vapor e extrao lquido-lquido

Professor: Julio Lopez / Vanessa GontijoAluno: Felipe Marques da Silva Lucas Nildon Pimenta Chaves

Belo Horizonte15 de Maio de 20141. IntroduoA destilao por arraste a vapor um processo usado para separao e purificao de substncias, um processo usado em lquidos imiscveis ou com pequeno grau de miscibilidade. [1,2]Esse processo fundamenta-se na lei de Raout, que por sua vez diz que: Para uma soluo ideal, a presso de vapor, Pa, de um componente de uma soluo uma dada temperatura igual presso de vapor da substncia pura, Pa, multiplicada pela sua frao molar, Xa, na soluo, e portanto, a presso total de vapor de uma mistura de lquidos imiscveis, Pt, igual soma das presses de vapor dos componentes puros individuais multiplicados pelas suas respectivas fraes molares, que podemos expressar como:

Portanto:

Dessa forma ao ter-se uma substncia com alta temperatura de ebulio e sabendo que a temperatura de ebulio quando a presso de vapor da substncia de iguala a presso exercida em qualquer ponto a sua superfcie, que normalmente a presso atmosfrica, pode-se diminuir sua presso de vapor formando uma soluo com outra substncia que tenha uma temperatura de ebulio menor, pode-se dizer que, os componentes de uma mistura imiscvel "fervem" a temperaturas menores do que os pontos de ebulio dos componentes individuais. Assim, uma mistura de compostos de alto ponto de ebulio e gua pode ser destilada temperatura menor que 100C, que o ponto de ebulio da gua. [1, 2, 4, 5]

O cravo-da-ndia (Syzygium aromaticum), material utilizado neste experimento, uma especiaria muito valorizada desde a antiguidade, no s pelo seu uso culinrio como tambm pela sua utilidade nas reas qumica e farmacutica. Dele ser extrado o leo essencial, que no caso do cravo-da-ndia, pode-se encontrar como componentes o acetato de eugenol, b-cariofileno, -Humuleno, xido de cariofileno, e como composto majoritrio o eugenol. O eugenol compe entre 70 e 95% do extrato do leo essencial e um composto aromtico de grande utilidade, das quais pode ser citado efeitos anti-inflamatrios, anestsicos, cicatrizantes, antidiabticos, antioxidante, inseticida, etc. [6, 7, 8]

Algumas propriedades fsicas e qumicas para o eugenol, componente majoritrio do leo essencial de cravo-da-ndia, e a gua, usada como vapor para a destilao, so apresentadas na tabela 1. [7] Tabela 1: Propriedades fsicas e qumicas das substncias gua e eugenol.

PropriedadesguaEugenol

Nomenclatura da IUPAC-4-Alil-2-Metoxifenol

Frmula molecularH2OC10H12O2

Peso molecular18 g/mol-1164,20 g/mol-1

Ponto de ebulio100 C253,5 C

Densidade (25 C)1,0 g/cm31,064 g/cm3

CaractersticasLquido incolorLquido incolor ou amarelado

Solubilidade-Solvel em lcool etlico, ter, clorofrmio e leo,mas pouco solvel em gua

2. Objetivo

Realizar uma destilao por arraste a vapor com cravos-da-ndia e posteriormente analisar e identificar os componentes do destilado.

3. Materiais utilizados

Condensador reto Balo de destilao de 1 Litro Balo de fundo redondo de 500 mL Alonga Tela de amianto Provetas de 250 e 10 mL Bico de gs Fsforos Garras Suportes Mufas Mangueiras para condensador Pedaos de porcelana Erlenmeyers de 100 e 500 mL Funil de separao Funil Aro ou trip Anel Esptula Tubos de vidro Tubos de ltex Evaporador rotativo Suporte e tubos de ensaio

4. Procedimento

Parte I: Arraste (Obteno do destilado) Iniciou-se a prtica realizando a montagem do sistema para realizao da destilao como mostrado pela figura 1.

Figura 1. Montagem para destilao com arraste a vapor.Lembrando-se sempre que a montagem comea pelo bico de bunsen at a sada do condensador. Introduzindo-se pedaos de porcelanas no balo de destilao representado na figura 1 com a letra A.Colocou-se aproximadamente 100g de cravo-da-ndia no balo gerador de vapor e adicionou-se um volume de gua destilada um pouco mais que metade de sua capacidade. O balo gerador de vapor est representado na figura 1 com a letra B.Prosseguindo verifica-se se toda a montagem est devidamente fixada, liga-se a torneira para resfriar o condensador e tambm o bico de bunsen.Recolha-se fraes do destilado em 4 tubos de ensaios para futuros testes e continua-se recolhendo o destilado no enlenmeyer at atingir 200 mL e retira-se o aquecimento.Desfaa a montagem do sistema da destilao, diferente de antes devemos desmontar do condensador at o bico de bunsen, tendo cautela, pois agora o sistema est quente. Adiciona-se uma esptula de sal de cozinha ao destilado presente no enlenmeyer e reserva-se para o procedimento seguinte.Para os testes para reconhecimento de alguns grupos funcionais temos:1. Em um dos tubos adiciona-se trs gotas de 2,4-DNFH (2,4-Dinitro-Fenilhidrazina) e anota-se a colorao ou formao de precipitado.2. Em outro tubo adiciona-se uma gota do reagente de Baeyer (Soluo aquosa de KMnO4) e anota-se o ocorrido.3. Utilizando um tubo diferente adiciona-se duas gotas da soluo de cloreto frrico e anota-se a variao de cor.4. Adiciona-se cinco gostas da soluo A e cinco gotas da soluo B em um tubo de ensaio vazio e anota-se a colorao em seguida transfira-se est soluo para o ultimo tubo de ensaio presente o destilado e aquea cuidadosamente utilizando o bico de bunsen e verifica-se e anota-se a variao de cor.

Parte II: Obteno do leo (Decantao, extrao com solvente orgnico e remoo de solvente orgnico) Esta nova etapa teve incio transferido-se o hidrolato obtido na etapa anterior para um funil de separao, com auxilio de um funil e adiciona-se 15 mL de clorofrmio, tampa-se o funil e agita-se cuidadosamente e esporadicamente inclina-se o funil para cima abrindo a torneira para liberar o gs. Deixa-se o funil de decantao, sob o anel, at verifica-se a decantao e transfere-se a fase orgnica para um erlenmeyer de 100mL. A figura 2 e 3 mostra a montagem e o manuseio adequado do funil de separao.

Figura 3: Liberao do gs do funil de separao.

Figura 2: Montagem do funil de separao

Repete-se a etapa anterior mais duas vezes e juntando toda a fase orgnica no mesmo erlemeyer e descartando a fase aquosa obtidas no processo. No erlenmeyer contendo a fase orgnica adiciona-se o agente secante Na2SO4. Pesa-se um balo de fundo redondo em seguida transfere-se a fase orgnica sem deixar passar o agente secante. E levou-se o balo para um evaporador rotativo, na figura 4 mostra um evaporador rotativo, diferente do da prtica este no apresente acoplado a uma bomba de vcuo.

Figura 4: Evaporador rotativo

Aps obter somente o leo pese novamente o balo contendo o leo e realiza-se o teste de Lucas.Para realizao do teste de Lucas adiciona-se em um tubo de ensaio meia gota do reagente de Lucas ( solucao de ZnCl2 em HClconc.) e em seguida 3 gotas do leo.

5. Resultados e Discusso

Parte I: Arraste (Obteno do destilado) Aps o incio da destilao o vapor de gua gerado passa pelo cravo-da-ndia rompe as clulas de gordura e arrasta consigo compostos volteis entre os princpios ativos presentes no cravo-da-ndia. Est tcnica de destilao a vapor um bom recurso para destilar substncia com alto ponto de ebulio e aquelas que se decompem ao serem destiladas presso atmosfrica. O cravo-da-ndia apresenta os determinados princpios ativos: Eugenol, acetato de eugenol, beta-cariofileno, cido olenico, triterpeno, benzaldedo, ceras vegetais, cetona, chavicol, resinas, taninos, cido glico, esteris, esteris glicosdicos, kaempferol e quercetina.Sendo majoritrio o eugenol. [6, 7]Aps obter o hidrolato cerca de 200 mL colocou-se NaCl, este processo chama-se salting out, quando adiciona-se o sal de cozinha por afinidade a gua circunda as molculas de sal e liberaram o leo presente. Atravs dos testes realizados na prtica podemos identificar grupos funcionais referentes aos princpios ativos do material destilado. Os testes vem a seguir:

[1] Teste com 2,4-DNFHNeste teste Aldedos e Cetonas reagem com 2,4-dinitro-fenilhidrazina, produzindo a 2,4-dinitro-fenilhidrazona que um precipitado com colorao amarela-vermelhado, a reao segue na figura 5.

Figura 5. Reao de aldedos ou cetonas com 2,4-DNFH

No teste realizado em prtica foi constatado o precipitado amarelado, ento podemos afirmar que apresenta grupos funcionais aldedos ou cetonas no material destilado, na figura 12.a verifica-se as coloraes obtidas nos testes. [9]Pelos princpios ativos que a literatura trs do cravo-da-ndia o teste como foi de fato tem que ser verdadeiros, pois entre os princpios ativos temos o benzaldedo que apresenta em sua estrutura o grupo funcional aldedo como mostrado na figura 6, e um grupo cetona como mostrado na figura 7. [9]

Figura 6. Estrutura do Benzaldedo. Figura 7. Estrutura do quercetina.

[2] Teste de BaeyerConsiste na reao da soluo de permanganato de potssio em meio aquoso com a ligao mltipla de um alqueno ou alquino.O teste ser positivo se a soluo violeta do on permanganato se descora imediatamente com formao de um precipitado marrom. A reao segue na figura 8.

Figura 8. Reao do teste de Baeyer

O teste realizado na prtica obteve-se um precipitado marrom escuro, dando positivo para alquenos ou alquinos, na figura 12.b verifica-se a colorao obtida nesta prtica. [9]Nas figuras a seguir mostrarei algumas estruturas dos princpios ativos do cravo que apresentam ligaes duplas.

Figura 9. Estrutura do Eugenol Figura 10. Estrutura do beta-cariofileno

[3] Teste com cloreto frrico

Neste teste caracteriza grupo funcionais fenis, a simples variao de cor de azul a vermelho ou marrom revela a presena de fenol no meio a reao vem a seguir:

6 ArOH(aq)+ FeCl3(aq) [Fe(OAr)6]-3(s) + 3H+(aq) + 3HCL(aq)

No teste realizado em sala ocorreu variao para um precipitado amarronzado, indicando a presena de fenol no meio, pode-se observar pela figura 12.c. [9]

[4] Teste de Fehling

Os reagentes de Fehling so usados na caracterizao de grupos aldedos, especialmente em carboidratos. Os reagentes contm o on cprico complexado (azul) em meio bsico com o on tartarato. Aldedos reagem com o cobre II complexado produzindo um carboxilato e precipitando o cobre como Cu2O de colorao amarronzada. A reao segue na figura 11 a seguir. [11]

Figura 11. Reao de aldedos utilizando reagentes de fehling

Pela Figura 12.d podemos perceber que na prtica a cor amarronzada no foi obtida e sim uma colorao esverdeada, porm sabemos pela literatura que os princpios ativos presentes no cravo-da-ndia apresenta grupos funcionais aldedos, mas como no so majoritrios, pode estar em quantidades insignificantes.

Figura 12. Teste para reconhecimento de alguns grupos funcionais do destilado obtido

Parte II: Obteno do leo (Decantao, extrao com solvente orgnico e remoo de solvente orgnico)

Como na etapa I foi obtido um hidrolato, ou seja, uma mistura de gua e leo necessrio separar estas duas partes, para isso utiliza-se um funil de separao e um solvente orgnico, utiliza-se o clorofrmio por questes de afinidades e separa-se a mistura. Como a clorofrmio e o leo so mais densos ficaram por baixo da fase aquosa, a figura 13 exemplifica isso.

Figura 13: Separao das fases no funil de separao

Aps a fase orgnica ser obtida, adiciona-se agente secante Na2SO4 para eliminar toda a gua que ainda possa haver no meio. Em seguida para eliminar o solvente orgnico utiliza-se o evaporador rotativo e obtemos nosso leo.A massa de leo obtida no processo foi cerca de 1,82g. Como foi utilizado 100g de cravo-da-ndia, o rendimento foi de 1,82% sendo muito baixo, acredita-se que na etapa 1 quando realizamos a destilao arraste a vapor nem todo o leo ter sido extrado, talvez uma soluo teria sido macerado o cravo-da-ndia para aumentar a superfcie de contato.Como foi obtido pouco leo, utilizamos todo o leo para realizar o teste de Lucas, este teste detecta a presena do grupo funcional lcool. Neste teste os alcois geram carboctions intermedirios que reagem com o on cloreto. Assim, a reatividade aumenta na ordem lcool primrio < secundrio < tercirio. O teste de Lucas muito limitado e indicado somente para alcois razoavelmente solveis em gua. No teste de Lucas alcois tercirios reagem em poucos segundos, alcois secundrios reagem entre 10 e 15 min., e os alcois primrios no reagem nesse tipo de teste. A equao do teste de Lucas vem a seguir: [10]

Quando adicionamos o reagente de Lucas o nosso leo mudou a consistncia e a colorao, indicando a presena de lcool no meio. Isso era de se esperar devido o principal principio ativo do cravo-da-ndia o Eugenol apresentar lcool secundrio em sua estrutura, a figura 14 mostra a estrutura do Eugenol.Como apresentava lcool secundrio demorou um pouco para a variao da colorao da mistura, na figura 15 mostra a colorao obtida antes e depois do teste.

Figura 14: Estrutura do Eugenol Figura 15: Teste de Lucas, 15.a aps o teste de Lucas e 15.b antes do teste de Lucas

6. ConclusoNeste experimento foi possvel extrair o leo do cravo-da-ndia, que possui um alto ponto de ebulio, com vapor dgua. Assim pode-se concluir que a destilao por arraste a vapor, que fundamentada na lei de Raout, eficaz para a destilao de um composto em uma temperatura abaixo de seu ponto de ebulio.

7. Referncias Bibliogrficas

[1] VIEIRA, H. Segurana e Tcnicas Bsicas de Laboratrio de Qumica. Departamento de Qumica. UFMG. 2014.

[2] VOGEL, A.I. Qumica orgnica. Anlise orgnica qualitativa. 3. Ed.. Rio de Janeiro: Ao Livro Tcnico e Cientfico, 1971, V1

[3] Extrao de Eugenol: Destilao por Arraste a Vapor. Disponvel em: . Acesso em 10/05/14 as 12:27

[4] SILVA, A. L. S.; Processos de Fracionamento de Misturas Homogneas. Disponvel em: Acesso em 10/05/14 as 12:40

[5] MARCONDES, R.; Lei de Raout. Disponvel em: Acesso em 10/05/14 as 13:40

[6] AFFONSO, R. S. et al.; Aspectos Qumicos e Biolgicos do leo Essencial de Cravo da ndia; Revista virtual de qumica; Vol. 4; n 2; Data de publicao na Web: 14/05/2012; Disponvel em: Acesso em 10/05/14 as 14:44

[7] SILVA, T. C. ET AL.; Extrao de Eugenol a Partir do Cravo da ndia e Produo de Sabonetes Aromatizados; Revista Crase.edu | A revista do e-Tec Brasil IFG; Vol. 1; n 1; Ano da publicao 2011; Disponvel em: Acesso em 10/05/14 as 19:10

[8] RABLO, W. F.; Caracterizao qumica, toxicidade e avaliao da atividade antibacteriana do leo essencial do cravo da ndia (Syzygium aromaticum); 2010. 69 p.; Dissertao (Mestrado em qumica analtica) Universidade Federal do Maranho; Maranho. Disponvel em: Acesso em 10/05/14 as 13:49

[9] SHRINER, R.L. Identificao Sistemtica dos Compostos Orgnicos. Manual de Laboratrio. 6. Ed.. Rio de Janeiro: Editora Guanabara Dois, 1983.

[10] SANTANA, D. Teste de Lucas. Disponvel em: Acesso em: 12/05/14.

[11] ALVES. A. Testes orgnicos. Disponvel em: Acesso em: 12/05/14.

8. Anexos

Questionrio

1 Em que circunstncias a destilao a vapor recomendada?Na extrao de substncias de interesse de origem natural. Se estivermos interessados em separar substncias e purificao de compostos orgnicos, o mtodo pode volatilizar uma substncia que pouco ou insolvel em gua.

2 Como uma substncia lquida pode ser purificada utilizando o arraste com vapor?

Ao ejetar vapor de gua com presso igual atmosfrica, a presso do lquido desejado rapidamente entra em ebulio e arrastado junto com a gua, pois pela lei de Raoult, a presso total igual as presses das substncias individualmente.

3 Explique a funo do NaCl adicionado ao destilado.

Ao adicionar o NaCl, aumentamos a fora inica da soluo e facilitamos na separao da gua e do leo.

4 Que tipo de destilao pode ser feita em evaporador rotatrio comum?

Para se separar lquido-lquido, onde um deles muito voltil e tenha temperatura de ebulio menor que a da gua.

5 Por que a remoo de solventes menos volteis deve ser feita sob presso reduzida?

Porque quanto menos voltil mais difcil fica para ebulir, logo a presso deve ser baixa para que possamos evaporar tal solvente.

6 Determine o rendimento do processo executado e a composio do destilado obtido.

Houve um rendimento de 1,82%

7 Que grupos funcionais voc identificou no destilado e/ou no leo?

Grupo fenol, insaturao, e aldedo.

8 Que componente principal voc prope para o leo, a partir desses grupos?

O Eugenol com estrutura: