QO327 – Química Orgânica Experimental

Experimento 13: Extração do Óleo Essencial de cravo por hidro-destilação e Princípios da GC-MS

08/06/10

Mariane Soares Pereira RA: 094176 AR: 40B

Viviane de Souza Moraes RA: 096027

Sumário:

O experimento realizado constitui-se na extração de óleos essenciais do cravo-da-índia, utilizando a técnica de hidro-destilação (ou arraste a vapor) que consiste em um equipamento onde o óleo será destilado através de um solvente aquecido. Este experimento teve a finalidade de determinar como são extraídos os óleos essenciais e qual é o melhor método de destilação

Os óleos essenciais são definidos como compostos voláteis originados pelas plantas e possuem como principal características o cheiro e o sabor. Os óleos essenciais normalmente são produzidos através de estruturas secretoras especializadas que podem estar localizadas em uma parte específica da planta ou até mesmo em toda planta.

Por meio da técnica de extração por arraste a vapor pode-se obter 6,84 g de óleo essencial do cravo, visto que a composição deste se deu em ~80% de eugenol e ~20% de cariofileno.

Introdução:

As primeiras citações do uso do Cravo da Índia surgiram nos escritos chineses, onde se fazia menção ao costume que existia durante a dinastia Han (266 a.C. - 220 d.C.) de mastigar Cravo da Índia cada vez que uma pessoa deveria falar com o imperador, de forma a não apresentar mau hálito. Também fazia parte de fórmulas para embalsamar cadáveres. No século IV já era utilizado em toda a Europa.

É originário do sudeste asiático, em especial da Indonésia, sendo atualmente cultivado em diversas partes do mundo, inclusive no Brasil [1].

O principal constituinte do óleo de cravo é o eugenol um composto aromático muito eficiente, pois apresenta efeitos antiinflamatórios, anestésicos, cicatrizantes e é

eficaz nos consultórios odontológicos eliminando as bactérias presentes na boca e na produção de cigarro de cravo. O eugenol também está presente na canela, sassafrás e mirra.

A destilação por arraste a vapor é uma técnica geralmente utilizada para extração de óleos essenciais de folhas e ervas, mas nem sempre é indicada para a extração em sementes, raízes, madeiras e algumas flores, porque devido às altas pressões e temperaturas empregadas no processo as frágeis moléculas aromáticas podem perder seus princípios ativos. A qualidade do produto final é satisfatória, para óleos essenciais de folhas e ervas que não sofrem modificações com altas temperaturas e pressões.

A técnica é empregada para destilar substâncias que se decompõem nas proximidades de seus pontos de ebulição e 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 lei 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. 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.

Metodologia Experimental:

Instrumentos Utilizados

Balão de fundo redondo (100mL e 500mL), Kitassato, tripé e tela de amianto, bico de Büchner, manta de aquecimento, funil de Squibb de 125mL, condensador reto, cuba e placa cromatográficas, equipamento de GC/MS, juntas para o sistema de hidro-destilação.

Procedimento:

Colocou-se 100g de cravos moídos em um balão de 500mL. Adicionou-se água o suficiente para preencher o balão até a metade (~250mL) e adaptou-se o balão ao sistema de hidro-destilação (arraste a vapor), mostrado na figura 1.

No kitassato foi adicionado 2/3 de seu volume de água e cacos de porcelana. Ele foi aquecido sobre a tela de amianto no Bico de Bünsen para gerar vapor. Ao mesmo tempo foi realizado o aquecimento do balão que continha o cravo sobre a tela

de amianto. O sistema de hidro-destilação funcionou até que fosse coletado 60mL de produto (óleo essencial + água) no Funil de Squibb.

Após o término da hidro-destilação, extraiu-se o produto com 3 porções de 10mL de CH2Cl2, combinaram-se as fases orgânicas, secou-se com uma pequena porção de Na2SO4. Realizou-se uma filtração com algodão para um balão de 100mL previamente tarado e evaporou-se o solvente em evaporador rotativo.

Determinou-se a massa de óleo essencial de cravo obtida e prosseguiu-se com uma Cromatografia em Camada Delgada (CCD) com o óleo obtido e um padrão de eugenol de 10mg de eugenol em 1mL de CH2Cl2. Foi utilizado tolueno como eluente e sílica gel com fluoresceína como fase estacionária da CCD.

O óleo obtido foi analisado também por Cromatografia Gasosa/Espectrometria de Massas (GC/MS). Para a realização desse método foi preparada uma pequena amostra do óleo, adicionando-se CH2Cl2 como solvente e injetando-se cerca de 10µL da amostra no cromatógrafo utilizando uma seringa.

Essa mistura é vaporizada e misturada ao gás de arraste logo após a sua entrada. Ao alcançar a coluna do cromatógrafo e encontrar a fase estacionária, a mistura começa a se dividir entre as fases móvel e estacionária, por diferença de polaridade.

O software é programado para começar a fazer a leitura após a saída do gás inerte de arraste. O resultado da leitura realizada pelo software é comparado com resultados do banco de dados e são apresentados os espectros de massa que mais se aproximam do espectro obtido.

Propriedades Físicas dos Reagentes:

Eugenol:

Pf = -9 ºC Pe = 256 ºC d = 1.06 g/cm3

Vp = 1 mmHg (25ºC)

Beta-Cariofileno:

Pe = 268.4ºC d = 0,89 g/cm3

Vp = 0.0128 mmHg (25ºC)

Desenho da Aparelhagem:

Figura 1: Modelo para montagem de Sistema de hidro-destilação (arraste a vapor)

Figura 2: Funil de Squibb para extração do óleo essencial de cravo

Figura 3: Esquema de funcionamento de um Cromatógrafo a Gás [2]

Fluxograma:

Resultados e Discussão:

Cálculo do Rendimento:

Estima-se que experimentalmente, a porcentagem de óleo essencial presente no cravo seco, seja de 15 a 20% em massa. Entre os óleos essenciais já extraídos, a presença do Eugenol varia de 72 a 90%. Ao pensar nesses dados, e na quantidade de cravo seca utilizada no experimento, pode-se supor que o experimento teria como máximo a extração de até 18 g de Eugenol.

Quanto à técnica utilizada para realizar a extração, sabe-se que a hidrodestilação não é a mais eficiente, porém, por ser a mais barata, é a mais utilizada para o ensino dos conceitos básicos sobre extração de óleos essenciais de plantas.

Ao realizar o experimento, tínhamos como objetivo, conseguir a quantidade de 60 mL de líquido destilado, e para isso levou-se o tempo aproximado de 50 min. A quantidade de destilado fora fixada pra todos os grupos de experimentos, para que a extração pudesse ser acompanhada por todos e que pudéssemos obter uma quantidade relativamente significativa para o estudo da extração.

No experimento, a quantidade alcançada foi de 6,84 g de óleo essencial. Quantidade relativamente baixa se comparada ao potencial de extração, que pode ser conseguido modificando-se as técnicas utilizadas, e o tempo total de funcionamento do sistema.

Análise da Cromatografia em Camada Delgada:

Após a evaporação do solvente orgânico, a cromatografia de camada delgada foi realizada, obtendo como resultado as seguintes medições

Eluente: 3,8 cmEugenol - experimental: 1,9 cm – Rf: 0,50Eugenol -padrão: 1,9 cm – Rf: 0,50Beta-Cariofileno: 3,7 cm – Rf : 0,98

Os valores encontrados no desenvolvimento da cromatografia se assemelham aos encontrados para os padrões de compostos, e para os compostos presentes na solução extraída do cravo. A pequena diferença na distancia observada para a para o Rf de beta-Cariofileno, em relação ao esperado (Rf=1), provavelmente se deve a dificuldade encontrada em verificar a exata altura da mancha, já que esta era muito sutil, indicando a baixa concentração do composto na mistura.

Análise do Espectro Infravermelho:

Para a substancia analisada, vemos que não se pode considerá-la pura, portanto, analisamos a espectrografia considerando os dois principais ésteres que podem ser extraídos do cravo, o Eugenol e o Cariofileno, e as interações moleculares que possam ocorrer entre eles.

Encontramos no espectro, a banda característica de -OH, no intervalo de 3.600 - 3.200 cm-1, larga, porém de intensidade fraca, proporcional à concentração dessa ligação na substancia. A banda de 2.955 - 2.854 cm-1 (referente ao radical -CH3 ligado

ao O etéreo) também é visível e de mesma intensidade da banda de –OH. Juntamente a essa banda, podemos verificar a presença de algumas pequenas bandas obscurecidas, que são provenientes do anel aromático. Na faixa de ~1.464 cm-

1, para efeito de confirmação, podemos verificar a existência de uma banda, de deformação axial, devido ao acoplamento da deformação angular no plano da ligação de C-O, correspondente a C-O de éster.

A espectrografia assemelha-se a uma sobreposição das espectrografias de cada um dos compostos puros.

Análise da Cromatografia a Gás/ Espectrometria de Massa (GC/MS)

No método de GC/MS a amostra é determinada pelo tempo de saída do equipamento, sendo que a diferença de tempo de saída entre os componentes depende da pressão de vapor entre elas.

Verifica-se que no gráfico onde se apresentam o tempo de arraste da substancia, a primeira substancia, em 17 minutos, possui o maior pico de intensidade, indicando ser a de maior concentração em comparação com as demais.

No Anexo 5 tem-se o espectro do componente 1 e 5 opções de compostos fornecidos pelo banco de dados que se assemelham ao espectro obtido.

A massa molar do engenol é 164,2 g/mol, esse pico é mostrado nos espectros, sendo que o mais compatível fornecido pelo banco de dados é do próprio eugenol. Podendo ser considerado de fato o eugenol, como o composto de maior concentração na mistura de óleos essenciais

No Anexo 6 tem-se o espectro do componente 2, e assim como para o Eugenol, algumas opções de substancias são mostradas a seguir, fornecidas pelo banco de dados.

A massa molar do cariofileno é 204 g/mol, esse pico é mostrado nos espectros, sendo que o mais compatível fornecido pelo banco de dados é do trans-cariofileno. Seguido em pequena diferença pelo beta-cariofileno Esperávamos encontrar em maior compatibilidade o beta-cariofileno, o que não ocorreu, porém não significando que não é ele, beta-cariofileno, a nossa substancia analisada.

Conclusão

Com base nas análises dos espectros e dos rendimentos, pudemos concluir que os compostos obtidos eram óleos essenciais do cravo. Se pudermos aproximar os picos de concentração das substancias, apresentados pelos tempos de retenção das substancias no Anexo 4, temos que a composição do óleo essencial se deu em ~80% de eugenol e ~20% de cariofileno.

A cromatografia de camada delgada nos informou que a composição da mistura era de duas substancias majoritárias, sendo a uma delas, a de maior concentração, comparada ao padrão de eugenol, e resultando em espectro semelhante a este.

O espectro de Infravermelho confirmou a identificação das substancias, fornecendo as bandas esperadas, que puderam ser comparadas a um padrão de

espectro já conhecido.O experimento gerou grande curiosidade a respeito de técnicas para extração

de óleos essenciais de plantas in natura. E a respeito dos ésteres responsáveis pelas principais características de plantas, e flores, de aroma bem conhecido por nós, além do interesse pelo poder medicinal que muitos deles podem fornecer.

Referências Bibliográficas:

[1] http://ervaseinsumos.blogspot.com/2009/03/cravo-da-india.html - Acessado em 04/06/2010[2] PAVIA, D.L.;Lampman, G.M.; Kris, G.S., Introdution to Organic Laboratory Techniques, Saunders C. Publishing, 3ª ed., p. 711-725, EUA (1999)

[3] http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi – Acessado em 27/06/2010[4] http://webbook.nist.gov/chemistry - Acessado em 27/06/2010

Anexos:

Anexo 1: Espectro IV do óleo de cravo obtido

Anexo 2: Espectro Padrão de Eugenol [3].

Anexo 3: Espectro Padrão do Beta-Cariofileno [4].

Anexo 4: Resultado da Cromatografia a Gás/ Espectrometria de Massas do óleo essencial de cravo.

Anexo 5: Espectro de massa obtido para o composto 1 e comparação com o banco de dados.

Anexo 6: Espectro de Massa obtido para o composto 2 e comparação com o banco de dados.