destilação por arraste de vapor 2

Destilação por arraste de vapor.

Relatório da Atividade 6

Ághata Costa

Belo HorizonteAbril / 2013

UFMG – Universidade Federal de Minas GeraisDepartamento de Química

Disciplina: Química Orgânica Experimental para a FarmáciaProfessora: Clináscia

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Objetivos

Introduzir a técnica da destilação por arraste com vapor.

Isolar componentes essenciais de planta por meio de destilação a vapor.

Introduzir ensaios de caracterização química para identificação de grupos

funcionais.


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Materiais, reagentes e equipamentos utilizados

Condensador reto

Balão de destilação de 1 Litro

Balão de fundo redondo de 500 mL

Alonga

Tripé

Tela de amianto

Provetas de 250 e 10 mL

Bico de gás

Fósforos

Garras

Suportes

Mufas

Mangueiras para condensador

Anel

Espátula

Pedaços de porcelana

Erlenmeyers de 500 e 100 mL

Funil de separação

Funil simples

Tubos de vidro

Tubos de látex

Sistema para destilação simples (evaporador rotativo)

Tubos de ensaio.

Na2SO4

NaCl

Clorofórmio

Reagentes específicos para testes de grupos funcionais

Pequenos pedaços de cravo-da-índia


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Introdução

A Destilação é uma Operação Unitária integrada no conjunto das Operações

Baseadas na Transferência de Massa. O mecanismo subjacente a esta operação de

separação é o do equilíbrio líquido/vapor. Ao fornecer calor a uma mistura líquida, se

promovermos a sua vaporização parcial, obtêm duas fases, uma líquida e outra de vapor,

que têm composições diferentes. A diferença de composição das duas fases resulta da

diferença de volatilidades dos vários componentes da mistura líquida inicial. Quanto

maior for essa diferença entre as volatilidades (isto é, quanto mais diferente da unidade

for às volatilidades relativas) maior será a diferença de composição entre a fase líquida e

vapor e, como tal, mais fácil será a separação por Destilação. As aplicações industriais

do processo de destilação são várias, sendo a mais conhecida a da separação de misturas

de hidrocarbonetos na indústria petroquímica em particular na refinação do petróleo.

O processo de destilação pode ser de quatro tipos: fracionada, simples, por

arraste a vapor e sob pressão reduzida. Este trabalho é embasado na destilação por

arraste a vapor.

A Destilação por arraste a vapor é empregada para destilar substâncias que se

decompõem nas proximidades de seus pontos de ebulição e/ou que são insolúveis em

água ou nos seus vapores de arraste.

Esta operação baseia-se no fato de que, numa mistura de líquidos imiscíveis, o

ponto de ebulição será a temperatura na qual a soma das pressões parciais dos vapores é

igual à da atmosfera, o que constitui uma decorrência da leia das pressões parciais de

Dalton.

Se, em geral, o arraste se faz com vapor d’água, a destilação, à pressão

atmosférica, resultará na separação do componente de ponto de ebulição mais alto, a

uma temperatura inferior a 100ºC.

Por outro lado, quando uma mistura de dois líquidos imiscíveis é destilada, o

ponto de ebulição da mistura permanece constante até que um dos componentes tenha

sido separado, já que a pressão total do vapor independe das quantidades relativas dos

componentes. O ponto de ebulição, a partir daí, eleva-se rapidamente, até atingir o do

líquido remanescente. O vapor que se separa de tal mistura contém os componentes na

mesma proporção, em volume, que suas pressões de vapor relativas.


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Por meio de cálculos simples e aplicando as leis dos gases, podemos estabelecer

a proporção dos vapores em função de seus pesos moleculares e das suas pressões

parciais.

O cravo tem sido utilizado, há mais de 2000 anos, como uma planta medicinal.

Os chineses acreditavam em seu poder afrodisíaco. Atualmente, este óleo é usado como

matéria-prima na indústria farmacêutica, cosmética e odontológica.

O óleo de cravo é um potente antioxidante. É usado como anestésico e

antisséptico, sendo utilizado também para fraqueza física e mental, dores musculares e

articular, problemas de garganta, sinusites, feridas, asma e bronquites. Acalma os

estados emocionais de angustias, fadiga e dor. É benéfico para o sistema digestivo,

efetivo contra indigestão, mal-hálito, diarréia, flatulências e vômito. Está presente na

formulação de alguns repelentes para mosquitos. Na culinária da Idade Média, o cravo-

da-índia era usado como aromatizante para conservas e como adorno para pratos

selecionados.

O conteúdo total de óleo em cravos (de boa qualidade) chega a 15%. O óleo é

constituído, basicamente, por eugenol (70 a 80%), acetato de eugenol (15%) e beta-

cariofileno (5 a 12%). O Eugenol é um composto aromático que está presente nos

cravos, canela, sassafrás e mirra. A nomenclatura IUPAC para o eugenol é 4-Alil-2-

Metoxifenol.

O alto conteúdo em eugenol é o que proporciona ao óleo essencial propriedades

anti-sépticas, bactericidas, fungicidas, parasiticidas, antimicóticas e antioxidantes. O

extrato do cravo tem demonstrado “in vitro” atividade inibidora em frente aos

Sthaphylococcus aureus resistentes à penicilina G, Escherichia coli e Candida albicans.

O óleo essencial apresenta ação antiespasmódica, anti-inflamatório e anti-histamínica, a

partir fundamentalmente da ação do salicilato de metilo e o acetato de eugenila.

Esse óleo pode ser isolado submetendo determinadas partes da planta a uma

destilação por arraste com vapor. O vapor de água passa pela membrana das células e

arrasta consigo substâncias solúveis e insolúveis em água. Uma posterior extração

utilizando solventes orgânicos permite separar esse óleo e essências da planta.

A destilação por arraste de vapor é uma destilação de misturas imiscíveis de

compostos orgânicos e água. Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os

componentes de uma mistura imiscível "fervem" a temperaturas menores do que os

pontos de ebulição dos componentes individuais. Enquanto ambos componentes da

mistura estiverem destilando junto, o ponto de ebulição ficará constante. Portanto, uma


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mistura de compostos de alto ponto de ebulição e água pode ser destilada à temperatura

constante e menor que 100°C, que é o ponto de ebulição da água.

O princípio da Destilação por Arraste de Vapor baseia-se no fato de que a

pressão total de vapor de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual à soma da pressão

de vapor dos componentes puros individuais. A pressão total de vapor da mistura torna-

se igual à pressão atmosférica, consequentemente a mistura ferve numa temperatura

menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes. Assim, para dois

líquidos imiscíveis A e B, Ptotal = PoA + Po

B, onde PoA e Po

B são as pressões de vapor dos

componentes puros. Este comportamento é diferente daquele observado para líquidos

miscíveis, onde a pressão total de vapor é a soma das pressões de vapor parciais dos

componentes. Para dois líquidos miscíveis A e B, Ptotal= XAPoA + XBPo

B, onde XAPoA e

XBPoB correspondem às pressões parciais de vapor5.

As reações utilizadas nessa prática para identificar a presença de

grupamentos funcionais são específicas para diferenciação de hidrocarbonetos saturados

e insaturados, caracterização e diferenciação de álcoois, caracterização e diferenciação

de aldeídos e cetonas e caracterização de fenóis.

Montagem

A montagem para a destilação fracionada foi feita com base na gravura presente na

Apostila de Química Orgânica Experimental para Farmácia, colocando primeiramente as mufas

no suporte, depois as garras nas mufas e posteriormente as vidrarias. Tomou-se o cuidado para

que a montagem não ficasse próxima à mangueira de gás.


Figura 1: Eugenol

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Figura 2: Montagem utilizada para a destilação por arraste com vapor. No balão, ao centro da imagem,

estão os cravos da Índia.

Figura 3: Montagem para a separação líquido-líquido. Funil de separação suspenso por aro de ferro no

suporte universal.


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Figura 4: Evaporador rotatório para destilação e remoção do solvente.


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Parte experimental

Arraste (Obtenção do destilado)

Foi feita a montagem do sistema utilizado na destilação. Introduziram-se no

balão de destilação alguns pedaços de porcelana.

O cravo-da-índia foi pesado na balança e transferiu-se 100 gramas do mesmo

para o frasco apropriado da montagem da destilação.

No balão gerador de vapor foi introduzido cerca de 300 mL de água e acoplou-se

no outro frasco menor, aonde continha o cravo.

As conexões foram conferidas, e aqueceu-se assim o balão gerador de vapor com

auxílio do bico de bunsen até que a água entrasse em ebulição. O vapor de água atingiu

o cravo, situado em outro frasco, até que se atingiu 50 mL de destilado no frasco

coletor. Foram recolhidas pequenas porções em quatro tubos de ensaio para testes, e o

destilado continuou a ser recolhido até aproximadamente 120 mL de destilado no frasco

coletor.

Ao destilado foi adicionada uma espátula de sal de cozinha para que

minimizasse a emulsão.

Os testes para detecção de: carbonila, insaturação e fenol foram realizados da

seguinte forma:

Tubo 1- Adicionou três gotas de 2,4 DNFH (2,4-dinitro-fenilhidrazina)

Tubo 2- Adicionou uma gota do reagente de Bayer (solução aquosa de KMnO4)

Tubo 3- Adicionou duas gotas da solução de cloreto férrico

Tubo 4- Adicionou uma solução com cinco gotas da solução A + cinco gotas da

solução B e a mistura foi transferida para o tubo quatro. (Teste de Fehling). O tubo

quatro foi aquecido em chama para sua caracterização.

Os quatro tubos continham cerca de dois mL de destilado e ao adicionar os

reagentes descritos acima se verificou uma variação que pode ser percebida

microscopicamente, e os resultados de cada teste foi anotado.

O sistema de montagem foi desmontado e o resto de cravo-da-índia foi

descartado na lixeira e subseqUente lavagem de todas as vidrarias utilizadas.


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Obtenção do óleo

O destilado foi transferido para um funil de separação. Adicionou-se também 10

mL de clorofórmio, como solvente orgânico, o funil foi tampado e agitado

cuidadosamente e em seguida abriu-se a torneira para que o gás interno fosse expelido.

Este sistema foi fixado em um anel com um suporte universal para que pudesse

proceder a filtração da parte orgânica (porção inferior).

Esta etapa de extração da fase orgânica foi repetida três vezes e a cada uma

destas utilizou-se a mesma quantidade de clorofórmio.

As fases orgânicas foram juntadas e a fase aquosa foi devidamente desprezada

na pia com água corrente. A fase orgânica foi adicionada Na2SO4 a fim de secá-la e foi

deixada em repouso por cinco minutos.

Transferiu-se a fase orgânica para um balão de fundo redondo com boca

esmerilada tarado, e para remoção do solvente utilizou-se um evaporador rotatório.

O balão contendo agora o óleo foi pesado e calculou-se assim o rendimento da

reação. O volume de óleo também foi medido com auxílio de uma proveta. O óleo

essencial foi transferido para um vidro de penicilina e uma pequena porção do óleo foi

submetida ao teste de reconhecimento de grupos funcionais.

Para o teste da verificação da presença de álcool adicionou meio conta-gotas de

reagente de Lucas (Solução de ZnCl2 em HCl conc.). Registrou-se assim a modificação

visualizada.

Para finalizar, toda vidraria e aparelhagem foi lavada e adequadamente

transferida para a estufa.


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Resultados

Obteve-se 6 ml de óleo essencial e a massa medida foi de 6,73g ( peso do balão

com óleo após evaporação do solvente menos o peso do balão vazio). Esses valores são

referentes a três grupos então para o cálculo do rendimento os valores foram divididos

por 3.

Peso do balão vazio= 54,26 g

Peso do balão + óleo = 60,99 g

Quantidade de cravo pesada =100,00g

Rendimento = 2,2433 g x100 → 2,24%

100 g

Não se deve avaliar o resultado isoladamente, mas sim, em comparação com os

rendimentos médios comumente obtidos em extrações de óleos essenciais

principalmente, óleo de cravo da Índia relatado em trabalhos científicos. Segundo

Oliveira (2009), para análise do rendimento do óleo essencial para o cravo da índia,

através dos botões florais secos é possível extrair aproximadamente 15,40% de teor de

óleo essencial a partir de 50g de cravo. A partir do resultado obtido na prática

obtivemos 2,24% de óleo essencial em 100g da amostra, para o valor teórico deve-se

equivaler um índice de rendimento para uma quantidade apresentada no presente

trabalho com a literatura. Conforme o cálculo abaixo:

50 g -------- 15,40%

100 g ------- X

X= 30,8 %

30,8 g --------100 %

2,24 g ---------y


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Y= 7,27%

Observou- se os seguintes resultados nos tubos de ensaio para identificação das

funções orgânicas:

Tubo 1: O teste para grupo carbonila com 2,4- dinitrofenil-hidrazina apresentou

resultado positivo: houve formação de precipitado colorido. A reação que se procedeu

no tubo foi a seguinte:

Tubo 2: Com a adição de permanganato de potássio ao óleo, observou-se o

descoramento da solução de KMnO4 e formação de um precipitado marrom o que

evidencia a presença de um hidrocarboneto insaturado ou a presença de ligação

múltipla entre carbonos em uma cadeia acíclica. A reação que se procedeu no tubo de

ensaio foi a seguinte:

Tubo 3: A adição de cloreto férrico ocasiona a formação de um precipitado azul.

Fica evidenciada assim a presença de fenol no meio.

6 R-OH + FeCl3 → [Fe(O-R)6]3- + 3H+ + 3HCl

Tubo 4: Após adição das soluções A e B, que compõe o reagente de fehling e

aquecimento cuidadoso, observou-se formação de precipitado vermelho tijolo. O

resultado foi positivo para a presença de carbonila de aldeídos. A reação que se

procedeu no tubo de ensaio foi a seguinte:


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Tubo 5: A adição do reagente de Lucas demonstrou formação de duas camadas,

sendo uma vermelha, evidenciando que o teste é positivo:

ZnCl2

R-OH + HCl → R-Cl + H2O


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Discussão dos resultados

A destilação por arraste de vapor envolve duas substâncias imiscíveis : a água e

a mistura a ser destilada. De acordo com a lei de Dalton, a pressão total de vapor de uma

mistura de duas fases é igual à soma da pressão de vapor dos i componentes puros

individuais: Pt = P1+ P2+...+ Pi. . O ponto de ebulição de uma mistura imiscível

corresponde à temperatura na qual a soma das pressões individuais de cada componente

se iguala à pressão atmosférica: p.e. da mistura é menor do que o ponto de ebulição de

qualquer componente puro ( isto ocorre porque os compostos que são insolúveis em

água tem uma variação positiva muito grande da lei de Raoul). Por isso é possível

extrair substancias de alto ponto de ebulição, abaixo do ponto de ebulição da água, e

assim eles conseguem ser extraídos.

Ao proceder ao aquecimento no balão de fundo redondo A, há um aumento de

pressão muito grande, visto que a vidraria está vedada por uma rolha. Para

despressurizar esse sistema foi colocado (através da rolha) um tubo de vidro para escape

de gás. Neste mesmo balão, foram adicionados pedaços de porcelana com objetivo de

homogeneizar o aquecimento da água.

O destilado obtido se chama hidrolato que é uma emulsão dos óleos vegetais e

da água. Foi adicionado NaCl ao destilado antes do repouso para ajudar na quebra dessa

emulsão através do processo de solvatação: água fica comprometida pelo sal e o óleo

fica livre.

Antes da evaporação do solvente orgânico, adicionou-se Na2SO4 anidro para

promover a secagem do óleo. Assim esse sal hidrata-se com a água contida na solução

do balão e precipita, podendo assim ser eliminada a água ainda presente no óleo.

No evaporador rotativo, submeteu-se o balão a um aquecimento moderado, cerca

de 65° para evaporar o solvente clorofórmico. A temperatura de ebulição desse solvente

orgânico é de 64°, assim quando o sistema atinge essa temperatura, o CH3Cl volatiliza-

se e encontra com as paredes do condensador. Essas paredes estão a temperatura mais

baixa do que o vapor de clorofórmio (devido ao fluxo de água no condensador), assim

esse vapor condensa-se e obtém-se clorofórmio destilado.


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Conclusão

A destilação por arraste de vapor deve ser utilizada quando se trata de líquidos

imiscíveis e, como é baseado na lei de Dalton, é possível, por essa técnica extrair

substâncias de alto ponto de ebulição. Nesse experimento, a destilação por arraste à

vapor foi utilizada para extração de óleos essenciais presentes do cravo da índia e, para

purificação desse foram realizadas três separações utilizando um funil de separação e

posteriormente , a fase orgânica foi levada a um evaporador rotativo e assim obteve-se

uma mistura de óleos essenciais.

O rendimento desse experimento foi de 7,27%. Como pode se observar, o valor

teórico a partir de 100g de cravo é de 30,80% de rendimento. Essa porcentagem obtida

não condiz com a maioria dos levantamentos bibliográficos a cerca do rendimento de

óleos essenciais do cravo da índia (Caryophyllus aromaticus L.).

A eficiência do processo bem como o rendimento do óleo poderia ser

maximizado através de medidas como:

Diminuir o tamanho do cravo da Índia antes de colocá-lo no balão de destilação,

a fim de aumentar a superfície de contato;

Afixar firmemente as conexões entre mangueiras e tubos, tornando o sistema à

prova de vazamentos;

Efetuar o controle da temperatura, de forma a confirmar se a emulsão de água e

óleo obtida pela destilação empregada realmente ocorreu antes de atingir a

temperatura de ebulição da água à pressão de 1 atm, conforme previsto no

princípio da destilação a vapor: de acordo com a Lei de Raoult;

Aumentar o número de extrações líquido-líquido caso se disponha de solvente

extrator (orgânico) em abundância, aumentando o rendimento da própria

extração;

Talvez, empregar uma destilação fracionada, havendo um maior número de

pratos teóricos e, por conseguinte, um rendimento mais expressivo.


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Pelos testes para identificação das funções orgânicas, conclui-se que a mistura

de óleos essenciais, que é formada principalmente pelo eugenol, contém as funções

orgânicas aldeído, fenol e insaturações em cadeias carbônicas acíclicas.

Questionário

1. Em que circunstâncias a “destilação à vapor” é recomendada?

É empregada para destilar substâncias que se decompõe nas proximidades de seus

pontos de ebulição e que são insolúveis em água ou nos seus vapores de arraste. É usada

para separar ou purificar substâncias contaminadas com impurezas resinosas e para

retirar solventes com elevado ponto de ebulição quando em solução existe substância

não volátil.

2. Como a Substância líquida pode ser “purificada” utilizando o arraste com

vapor?

Nesse experimento, a destilação por arraste à vapor foi utilizada para extração de óleos

essenciais presentes do cravo da índia e, para purificação desse foram realizadas três

separações utilizando um funil de separação e posteriormente , a fase orgânica foi

levada a um evaporador rotativo e assim obteve-se uma mistura de óleos essenciais.

3. Explique a função do NaCl adicionado ao destilado.

É um agente secante capaz de eliminar traços de água. O NaCl promove a aglomeração

do óleo dentro da fase aquosa. Os íons Na+ e Cl- solvatam a gordura de modo a isolá-la

da água, pela formação de uma espécie de micela com a gordura, parte hidrofóbica

dentro dela.

4. Que tipo de destilação pode ser feita em evaporador rotatório comum?

Em operações de separação e purificação de solventes que possuem compostos

termolábeis, isto é que se degradam antes de ebulir. O aquecimento uniforme promove

uma melhor distribuição do calor, sem pontos de maior aquecimento no balão e que faz

com que a destilação seja mais rápida e eficiente.


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5. Por que a remoção de solventes menos voláteis deve ser feita sob pressão

reduzida?

Para tornar a destilação mais rápida e eficiente. Ao reduzir a pressão, tem-se uma

diminuição no ponto de ebulição de uma substância, pois menor é a força exercida sobre

a superfície desta, o que facilita a saída das moléculas da solução para a fase gasosa.

6. Determine o rendimento do processo executado e a composição do destilado

obtido.

Rendimento = 2,2433 g x100 → 2,24%

100 g

Não se deve avaliar o resultado isoladamente, mas sim, em comparação com os

rendimentos médios comumente obtidos em extrações de óleos essenciais

principalmente, óleo de cravo da Índia relatado em trabalhos científicos. Segundo

Oliveira (2009), para análise do rendimento do óleo essencial para o cravo da índia,

através dos botões florais secos é possível extrair aproximadamente 15,40% de teor de

óleo essencial a partir de 50g de cravo. A partir do resultado obtido na prática

obtivemos 2,24% de óleo essencial em 100g da amostra, para o valor teórico deve-se

equivaler um índice de rendimento para uma quantidade apresentada no presente

trabalho com a literatura. Conforme o cálculo abaixo:

50 g -------- 15,40%

100 g ------- X

X= 30,8 %

30,8 g --------100 %

2,24 g ---------y

Y= 7,27%

7. Que grupos funcionais você identificou no destilado e/ou no óleo?

Identificou-se a presença de carbonila de aldeído, insaturações em cadeias acíclicas,

álcoois terciários e fenol.


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8. Que componente principal você propõe para o óleo, a partir dos grupos

funcionais detectados?

Um composto com anel aromático ligado a uma hidroxila, o que caracteriza o fenol

identificado, uma parte com uma cadeia insaturada. No estudo da composição do cravo

da índia, notou-se a presença de um composto chamado Eugenol, que tem a estrutura

baseada nessas observações.


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Bibliografia Completa

PORTAL LABORATÓRIOS VIRTUAIS DE PROCESSOS QUÍMICOS.

Destilação Disponível em: http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?

Itemid=142&id=33&option=com_content&task=view

UNESP. Laboratório de Eletroquímica Orgânica. Departamento de

Química Orgânica. Instituto de Química Araraquara. Destilação Por arraste

com vapor. Disponível em:

http://labjeduardo.iq.unesp.br/orgexp1/destilacao_simpels.htm.

http://www.coccinare.com/cravo-da-iacutendia.html

http://ervaseinsumos.blogspot.com.br/2009/03/cravo-da-india.html

UFMG, 2012; Apostila Prática de Química Orgânica Experimental para

farmácia.

OLIVEIRA, R. A; REIS, T. V; SACRAMENTO, C. K; DUARTE, L. P.

Constituintes químicos voláteis de especiarias ricas em eugenol. Rev. bras.

Farmacogn, 2009


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destilação por arraste de vapor 2

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