profª. amanda prof. dr. leonardo pezza prof. dr ... · 100 ml de água destilada fervida (80° c)...
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11 – Extração e Purificação da Cafeína
do CháDiscentes: Grupo 14
Andressa A. da MottaMariana V. Rodrigues
Profª. Amanda Coelho Danuello
Prof. Dr. Leonardo Pezza
Prof. Dr. José Eduardo de Oliveira
Msc. Rodrigo Sequinel
“ Um homem é o que ele lê, come e bebe na vida. Logo, deve escolher a melhor leitura, a melhor comida e a melhor bebida, o café...”
(Johann Wolfgang von Goethe)
o1,3,7‐trimetilxantina (xantina: 2,6‐dioxopurina)
o Pó branco, cristalino, amargo e inodoro
o Classe dos Alcalóides
o Fórmula Molecular : C8H10N4O 2
o Peso Molecular : 194,19 g/mol
o Ponto de Fusão: 238° C
o Ponto de Ebulição: 178°C
o Solubilidade em água: 2,17 g/100mL (25°C)
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100‐40422003000100023&script=sci_arttext
• A cafeína apresenta cerca de 5% em massa das folhas do chá
• O tempo de meia‐vida da cafeína no organismo é de 6 horas
• A cafeína pode ser letal – LD50 = 75mg/kg
• A cafeína, em curto prazo, impede que você durma porque bloqueia a recepção de adenosina, dá mais energia porque libera adrenalina e faz sentir melhor, pois manipula a produção de dopamina
• Ajuda no tratamento contra Alzheimer
Como é feito o café descafeínado?Até 1980 o café era descafeínado com diclorometano, que dissolvia a cafeína, seletivamente, sem "carregar" os açúcares, peptídeos e ingredientes de sabor. O diclorometano, então, extraia a cafeína sem mudar o sabor ou aroma do café. Entretanto, o diclorometano é tóxico e surgiram evidências de que era carcinogênico. O acetato de etila, então, foi o substituto até o início dos anos 90. Mas este também era moderadamente tóxico. Foi somente a partir de 1990 que um solvente não tóxico e mais natural passou a ser usado: o fluído supercrítico de dióxido de carbono. Acima de 72.8 atm e 304.2 K a densidade do gás CO2e de seu líquido é idêntica, e este se torna um fluído supercrítico. O fluído dissolve substâncias como um líquido, principalmente substâncias orgânicas, como a cafeína. O processo de extração ésimples: o CO2 supercrítico, sob alta pressão, "lava" os grãos de café, e dissolve cerca de 99% da cafeína presente. A cafeína, então, é isolada e vendida para a indústria farmacêutica. E o cafédescafeínado vai para as prateleiras de supermercados, atendendo a pessoas que apreciam do sabor do café, mas que não querem passar a noite em claro...
Isolar as substâncias naturais da folha do chá, extrair a cafeína do chá preto e purificá‐la através da
sublimação.
• Celulose
• Clorofila
• Taninos
• Flavonóides
• A celulose (C6H1005)n é um polímero de cadeia longa composto de um só monômero (glicose), classificado como polissacarídeo ou carboidrato;
• É um dos principais constituintes das paredes celulares das plantas (cerca de 33% do peso da planta);
• Usada na produção de papel e tecidos.
• É um grupo de pigmentos fotossintéticos presente nos cloroplastos , responsável pela coloração verde das plantas;
• A intensa cor verde da clorofila se deve a sua enorme capacidade de absorver a luz através das regiões azuis e vermelhas do espectro eletromagnético;
• Responsável pela fotossíntese, a energia absorvida pela clorofila transforma dióxido de carbono e água em carboidratos e oxigênio.
• São compostos fenólicos caracterizados por sua capacidade de combinar‐se com as proteínas e outros polímeros como os polissacarídeos.
• Nos vegetais o seu papel é proteger os tecidos contra o ataque dos insetos (diminuição de paladar, dificuldades na digestão, produção de compostos tóxicos a partir da hidrólise dos taninos);
• Indústrias agro‐alimentares, farmacológicas (antídoto‐metais pesados e alcalóides, adstringentes,anti‐sépticos e antioxidantes) e de curtimento de couros
• Grande grupo de fitoquímicos ou fitonutrientes, que são polifenóis de baixa massa molecular, encontrados em diversas plantas;
• Interesse econômico: Pigmentos, tanagem do couro, fermentação do chá‐da‐Índia, manufatura do cacau e valor nutricional.
OH O
OOH
OH
Prevenção do câncerDoenças cardiovasculares
Propriedades Antioxidantes
• Efusão• Banho de gelo• Extração com solvente• Extração Quimicamente Ativa• Secagem• Destilação do solvente• Cristalização• Sublimação• Ponto de Fusão
• Extração sólido‐líquido
• Extração feita apenas uma vez
Componentes que estavam na fase sólida passam para a fase líquida.
A solubilidade da cafeína em água é muito grande a 25°C (2,2 mg/mL) e quando está a 100°C aumenta mais ainda (670 mg/mL) ,
enquanto as outras substâncias são praticamente insolúveis em água (amido e
celulose).
Técnica Operacional
• Após a fervura do chá, a temperatura da água estará alta. O ponto de ebulição do diclorometano é de aproximadamente 40°C (bem volátil). Assim, se não esfriarmos a água à 15‐25°C, o diclorometano adicionado a água fervente irá se evaporar.
• Separação de um componente de uma mistura ou de um princípio ativo, por meio de um solvente
• A cafeína é 9 vezes mais solúvel em diclorometano do que em água.
• O solvente não deve interagir nem reagir com água ou com a substância a ser extraída.
• Massa Molar: 84,94 g/mol;• Líquido incolor ;• Não é inflamável em contato com o ar ; • Ponto de Ebulição: 39,75° C;• Ponto de Solidificação: ‐95°C;• LD50 = 1,6 mL / Kg• Anestésico• Narcótico em concentrações elevadas.
Técnica Operacional
• É a suspensão de um material em outro que não pode ser separado rapidamente por decantação.
• Está relacionada com a pequena diferença de densidade entre as duas fases.
Se formada :
1. Deixar o funil de separação em repouso num suporte com anel de ferro por alguns minutos;
2. Usar um conta‐gotas para gotejar solução saturada de NaCl;
• Uso de um reagente que reaja quimicamente com o composto a ser extraído;
• Empregado para remover pequenas quantidades de impurezas de um composto orgânico ou para separar os componentes de uma mistura
Lava‐se com NaOH
Como os taninos estarão presentes , com o sódio estes formarão sais solúveis em água.
Lava‐se com água destilada
Como os sais formados
anteriormente são solúveis em água , eles se solubilizam e são
descartados.
• Os agentes dessecantes podem ser divididos de uma maneira ampla em :
Se combinam com água Reversível
Reagem com águaIrreversível
• O agente dessecante deve seguir as seguintes considerações :
1. Não deve combinar quimicamente com o composto orgânico;
2. Deve ter uma capacidade de secagem rápida e efetiva ;
3. Não deve se dissolver apreciavelmente no líquido;
4. Deve ser tão econômico quanto possível;
5. Não deve ter nenhum efeito catalisador.
• Agente de secagem neutro;
• Barato;
• Grande capacidade de absorção de água;
• Não deve ser utilizado para remover benzeno e tolueno, os quais apresentam pequena solubilidade em água.
• Destilação simples para eliminar o diclorometano
• Fonte de aquecimento: manta elétrica
Solução aquecimento Evaporação do
solvente
aquecimento Cristalização do soluto
P. E. = 39,8 °C
• A passagem de uma substância estável do estado sólido para o estado gasoso pode ocorrer de 3 maneiras:
a)Poderá haver apenas fusão;
b) Poderá ocorrer primeiramente a fusão e, em seguida, a vaporização;
c) O sólido pode passar diretamente, sem a formação intermediária de um líquido, para o estado gasoso.
• A sublimação pode ser usada para a purificação de sólidos assim como a destilação é usada para a purificação de líquidos
• A sublimação é utilizada como um método de purificação para compostos orgânicos desde que eles sublimem e que o sólido sublimado possa ser condensado
Sólido VaporSublimação
Gráfico 01 ‐ Diagrama de fases do dióxido de carbono.
• o sólido é aquecido à uma temperatura inferior à do ponto triplo, assim ele atingirá a temperatura em que a pressão de vapor é igual à pressão atmosférica e vaporizará sem fundir.
• A pressão de vapor da substância desejada deve ser menor que da impureza.
• Quando a sublimação é utilizada com finalidades preparativas, a pressão atmosférica sobre o composto éreduzida com uma bomba de vácuo. Isto faz com que a pressão de vapor do sólido se iguale a pressão atmosférica àtemperaturas menores.
Técnica Operacional
• Um ponto de fusão bem delineado, é usualmente, um indicador da alta pureza de uma substância.
• Em um composto orgânico puro a faixa do ponto de fusão não excede cerca de 0,5°C.
• Impurezas fazem com que o início da fusão ocorra numa temperatura mais baixa que o P.F da substância pura.
SubstânciasFórmula Molecular
Ponto de
Fusão (°C)
Ponto de Ebulição (°C)
Solubilidade em água
(g/100 mL)
Massa Molar
(g/mol)
Densidade
(g/mL)
Cafeína C8H10N4O2 235 178 2,17 194.19 1,23
Diclorometano CH2Cl2 ‐97 39.8 1,32 84,93 1,32
Hidróxido de Sódio
NaOH 318 ‐ 111,1 40,00 2,13
Sulfato de Sódio Na2SO4 844 ‐ 29,76 142,04 2,70
Água H2O 0 100 ‐ 18,02 0,99
100 mL de água destilada fervida (80° C)+
3 saquinhos de chá
1) Deixar os saquinhos imersos na água quente por um minuto.2) Pressionar os saquinhos de chá entre dois vidros de relógio.
3) Resfriar a solução em banho de gelo atéatingir temperatura ambiente.4) Colocar a solução em um funil de separação5) Extrair 3 vezes com 20 mL de CH2Cl2 cada6) Agitar cuidadosamente para que não forme emulsão.7) Adicionar NaCl , se houver formação de emulsão e repousar por 4 ou 5 minutos.
Fase Líquida
Água, cafeína, clorofila, flavonóides e taninos
Fase Sólida
Saquinhos de chá
Descarte
Fase Orgânica
(CH2Cl2 , cafeína, taninos, flavonóides, resquícios de
água e clorofila.)
Fase Aquosa
(Clorofila, resquícios de CH2Cl2, cafeína , taninos
e flavonóides.)
8) Lavar 2 vezes com 20 mL de NaOH 6M.9) Lavar 2 vezes com 20 mL de água destilada fria.
Descarte
Fase Orgânica
(CH2Cl2,cafeína, clorofila, resquícios de sais de taninos e flavonóides ,
água e açucares.)
Fases Aquosas
(resquícios de CH2Cl2 e cafeína, clorofila, sais de taninos e flavonóides,
açucares.)
Descarte
10) Adicionar Na2SO4 (secagem da camada de CH2Cl2).
11) Filtrar.
Descarte13)Transferir o resíduo do balão para uma placa de petri e evaporar até a obtenção de cristais.
Sobrenadante
(CH2Cl2 , cafeína e resquícios de clorofila)
Precipitado
(Na2SO4.10 H2O , resquícios de clorofila,
CH2Cl2 e cafeína.)
Resíduo
Cristais de cafeína e resquícios de
clorofila
Destilado
CH2Cl2
14) Determinar a massa e o ponto de fusão da cafeína impura15) Purificar por sublimação.
12) Destilar o CH2Cl2 e a cafeína até restar 3 mL no balão
Descarte
Cristais de Cafeína
purificados.
Resíduo
Clorofila
16) Determinar a massa de cafeína purificada.
17) Determinar o ponto de fusão.
18) Calcular o rendimento.
Descarte
Hidróxido de Sódio ( NaOH)
Inalação Ingestão Contato com os olhos
Contato com a pele
Remover para o ar fresco e dar
respiração artificial
Não provocar vômito. Dar grandes quantidades de água
ou leite.
Lavar imediatamente com água corrente por, pelo menos 15 minutos, abrindo e
fechando as pálpebras.
Lavar imediatamente com água corrente por
pelo menos 15 minutos. Remover roupas e sapatos
contaminados e lavá‐los antes de reutilizá‐
los
CafeínaInalação Ingestão Contato com os
olhosContato com a pele
Não é esperado que necessitem
primeiros socorros.
Não é esperado que necessitem
primeiros socorros abaixo da LD50.
Lavar cuidadosamente
com água corrente. Obter
atenção médica se a irritação persistir.
Lavar área exposta com água e sabão. Obter atenção
médica se a irritação persistir.
Inalação Ingestão Contato com os olhos Contato com a pele
Remover para ar fresco. Se não estiver
respirando, aplique respiração artificial. Se
respirar com dificuldade, dê
oxigênio.Obter atenção médica.
Em caso de ingestão, não vômito. Dar
grandes quantidades de água. Nunca dar nada pela boca a uma pessoa inconsciente. Obter atenção médica imediatamente.
Lavar imediatamente os olhos com água em abundância durante
pelo menos 15 minutos, levantando as pálpebras superiores e inferiores ocasionalmente. Obter
atenção médica imediatamente
Lavar a pele imediatamente com muita água e sabão, pelo menos, 15 minutos, removendo
roupas e sapatos contaminados. Obter
atenção médica. Lavar as roupas e os sapatos antes
de reutilizá‐los.
Diclorometano (CH2Cl2 )
Sulfato de sódio (Na2SO4 )Inalação Ingestão Contato com os olhos Contato com a pele
Não é esperado que necessitem primeiros
socorros.
Dar vários copos de água para beber para diluir Se grandes
quantidades forem ingeridas, obter aconselhamento
médico.
Lavar cuidadosamente com água corrente..
Obter aconselhamento médico se a irritação
desenvolver.
Lavar área exposta com água e sabão.Obter
aconselhamento médico se a irritação desenvolve.
NaOH Na2SO4 CH2Cl2
Descartados em frascos apropriados e devidamente rotulados para posterior incineração.
• Jaleco
• Óculos de segurança
• Calça
• Sapato fechado
• Capela
• Boa prática
• Gonçalves, Daniel – Química Orgânica Experimental – São Paulo , Editora Mc Graw – Hill , 1988 , pg 71, 73 , 74 , 75 , 78 , 80 e 81.
• Paiva,L.D. ; Lampmam ,M.G. ; Kriz, S.G. – Introduction to Organic LaboratoryTechniques – Microscale Approach – Califórnia – USA , Editora Thompson Learning , 4ª Edição , pg 90 , 647 , 745 e 748.
• Vogel , I . A. – Química Orgânica – Análise São Paulo , volume 1 , 3ª edição , 1981 , cap. I – 19 , 20 e 22 , pg 166.
• Mayo, D. W. ; Pik, R. M. ; Butcher, S.S. ; Trumper , P.K. –Microscale – Techniquesfor the Organic Laboratory , Editora John Willey & SONS , Canadá , 1991 , pg 110 à126.
• Fessendem , J.R. ; Fessendem , J.S ; Feist, P.‐ Organic Laboratory Techniques, Editora Thomson Learning , 3ª Edição ,cap 2, 3 ,4.
• www.JTbaker.com – acessado em 09/09/09.• www.usp.br/espacoaberto/arquivo/2005/espaco52fev/ocapa ‐ acessado em
06/09/09.• www.cafeesaude.com.br – acessado em 06/09/09.• www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/cafeina.html ‐acessado em 18/11/09