Relatório do 1º Trabalho de Química Orgânica

Relatório do 1º Trabalho de Química
Orgânica
Isolamento e purificação do (+)-Limoneno a partir
do óleo de laranja
(2 sessões)
1ª sessão: Isolamento do (+)-Limoneno
2ª sessão: Purificação e caracterização do (+)-Limoneno
Trabalho realizado por:
Ana Patrícia Filipe nº62829
Gonçalo Rodrigues nº62827
MEBM
Resumo
Neste trabalho laboratorial realizou-se, em duas sessões, o
isolamento e a purificação do limoneno obtido a partir do óleo de
laranja. Posteriormente foi determinado o rendimento da extracção e o
grau de pureza do (+)- limoneno, comparando os valores obtidos do
índice de refracção e da rotação óptica do limoneno com os valores
tabelados.
O óleo de laranja é um óleo essencial produzido por glândulas na
casca da laranja e é extraído por destilação por vapor. 95% da sua
composição é limoneno. O limoneno é um terpeno cíclico volátil
responsável pelo cheiro a citrinos. [2]
Para procedermos ao seu isolamento, utilizámos Éter de Petróleo
e Sulfato de Magnésio Anidro.
O éter de petróleo consite numa mistura de alcanos líquidos, tem
baixo ponto de ebulição e é muito inflamável. É utilizado como solvente
apolar e é insolúvel em água.
O sulfato de magnésio anidro (MgSO4) é utilizado como agente
dessecativo, devido a ser higroscópico (atrai moléculas de água do meio
envolvente, por absorção ou adsorpção). É um pó branco inodor não
inflamável. [3]
Para isolar o limoneno (1ª sessão) procedeu-se à destilação por
arrastamento de vapor, que é um tipo especial de destilação (um
processo de separação) para materiais sensíveis a temperaturas
elevadas e compostos naturais aromáticos. O vapor permite que os
compostos evaporem a temperaturas mais baixas. Realizou-se uma
decantação para separar a fase orgânica e a fase aquosa, e juntou-se à
fase aquosa éter de petróleo, para separar a restante fase orgânica da
fase aquosa. Esta separação realizou-se em duas decantações
sucessivas. Para terminar, reunidas todas as porções da fase orgânica,
adicionou-se sulfato de magnésio anidro para reter a água que ainda
pudesse estar presente.
Depois de isolado o limoneno (fase orgânica) da fase aquosa,
procedeu-se à sua purificação (2ª sessão). Para tal, realizou-se uma
filtração simples e uma destilação em banho de óleo, pesou-se o
resultado e mediu-se o seu índice de refracção.
Finalmente, após uma destilação a pressão reduzida de todas as
amostras voltou a medir-se o índice de refração e rotação óptica
específica do limoneno purificado. [1]
Resultados
Parâmetros
Valores
obtidos
Rendimento do isolamento
103%
Índice de refracção antes da destilação a baixa 1,472
pressão
Índice de refracção depois da destilação a baixa 1,475
pressão
Rotação óptica
115,56º
Valores
esperados
60%
1,4711,474
123º
Rendimento
Para calcular o rendimento do isolamento do (+)- limoneno, fez-se
a razão entre o valor obtido para a massa de limoneno e o valor
correspondente à massa da fracção de limoneno, presente numa
amostra de 25mL de óleo de laranja.
Por hipótese, 95% do óleo de laranja é limoneno. Logo, 25mL de
óleo de laranja, que pesam 20,6g, contêm 19,57g de limoneno.
Realizado o isolamento, obteve-se uma amostra com 20,166g. Isto
significa que o rendimento do isolamento corresponde a 103%.
Este valor tem um erro relativo associado, comparando com o
rendimento esperado (60%), de 72%.
Índice de refracção
Para determinar o grau de pureza da amostra final, fez-se a
medição do índice de refracção. Uma primeira vez, após a destilação em
banho de óleo, determinou-se o índice de refracção da nossa amostra
(1,472). Numa segunda vez, após a destilação a pressão reduzida,
determinou-se o índice da mistura de todas as fracções (1,475).
Temperatura esperada na destilação a baixa pressão
A destilação a pressão reduzida oferece uma melhor eficácia,
porque ao diminuir a pressão a temperatura de ebulição diminuí
também. Esta relação é dada pela equação de Clausius-Chapeyron:
que se utilize na forma
Em que p1=760mmHg, T1=449K, e nas condições da destilação
realizada p2=71mmHg e T2=355K (82ºC).
Sabendo p1, T1 e p2, a temperatura de ebulição (T2) esperada é de
363,91K (90,91ºC).
Rotação óptica
O cálculo para determinar a rotação óptica é feito com base na
seguinte fórmula:
,
em que λ é o comprimento de onda com que é feita a medição
(589nm),T é a temperatura a que se realiza a medição (19,9ºC), θ é o
valor lido (11,87º), c é a concentração em g/mL (0,05136g/mL) e l é o
comprimento da célula em dm (2dm).
Com base nestes valores, chegou-se a uma rotação óptica de
115,56º. A este valor está associado um erro relativo de 6%.
Questões
1- Calcule o rendimento da extracção do limoneno. Compare o
índice de refracção obtido antes e depois da destilação e
comente o seu grau de pureza.
O rendimento calculado coresponde a 103%. O índice de refracção
obtido antes da destilação (a pressão reduzida) foi de 1,472,
encontrando-se dentro do intervalo dos valores tabelados (1,471 –
1,474), demonstrando elevado grau de pureza. Após a destilação o
índice de refracção obtido foi 1,475. Podemos concluir que, ao afastarse mais do valor esperado, o grau de pureza da solução diminuiu, o que
indica que algumas misturas de outros grupos continham ainda muitas
impurezas, e ao juntar-se todos os resultados, os que continham
limoneno mais puro foram contaminados.
2- Calcule a rotação óptica específica do (+)-limoneno.
Compare com valores tabelados.
A rotação óptica específica do (+)-limoneno determinada foi
115,56º. Relativamente aos valores tabelados (123º), é uma
aproximação bastante satisfatória, com um erro relativo de 6%,
demonstrando que a purificação foi eficaz.
3- O enantiómero do (+)-limoneno roda o plano de luz
polarizada em que sentido? Os índices de refracção dos dois
enantiómeros são diferentes? E as densidades?
O plano de luz polarizada roda no sentido do ponteiro dos relógios,
dado que o seu valor de rotação óptica é positivo, no caso do (+)limoneno. No (-)-limoneno roda para a esquerda uma vez que a rotação
óptica é negativa). Tanto os índices de refracção como as densidades
são muito semelhantes, e por isso consideram-se iguais para os dois
enantiómeros.
4- Escreva a estrutura do limoneno e assinale o carbono
quiral. Sabendo que o (+)-limoneno tem configuração absoluta
R, escreva esse estereoisómero.
Fig.1. Molécula de (+)-limoneno,
com carbono quiral assinalado por *
Discussão
Ao longo da experiencia, vários factores podem
afectado/alterado os nossos resultados, face aos valores teóricos.
ter
O rendimento de 102,7%, denuncia a presença de outros
compostos na mistura de limoneno. Tudo indica que esse excesso de
massa se deva a água e éter de petróleo que não foram removidos
completamente nas destilações, embora estas se tenham realizado
acima das temperaturas de ebulição destes compostos. Além disso, a
percentagem de limoneno na nossa amostra de óleo de laranja pode
não ser 95%, de forma que os cálculos utilizados para determinar o
rendimento não se apliquem à realidade. Estes factores fizeram com
que o rendimento obtido se afastasse bastante do esperado (60%).
O valor esperado para índice de refracção do limoneno era entre
1.471 e 1.474. O nosso resultado experimental após a primeira
destilação (em banho de óleo) foi 1.472, estando dentro do intervalo de
valores esperados. Podemos concluir que a nossa purificação foi
bastante eficaz. No entanto, após a destilação geral a baixa pressão, o
novo valor medido foi de 1.4749, que embora esteja bastante
aproximado do esperado, excede o limite superior do intervalo de
valores. Esta alteração deve-se, provavelmente, ao facto de ao
juntarmos todas as amostras de todos os grupos, os grupos menos
puros terem afectado o resultado final. Outra hipótese, tem que ver com
a própria medição, que pode não ter sido feita correctamente.
A temperatura esperada na destilação a baixa pressão era
90,91ºC, para 71mmHg. No entanto a temperatura medida durante a
destilação foi de 82ºC. Esta diferença de valores está relacionada com
as perdas de calor ao longo do tubo da destilação, uma vez que o
termómetro não estava posicionado no local da evaporação. Estas
perdas por condução devem-se ao facto de o sistema ser fechado e não
isolado.
O valor teórico de rotação óptica do limoneno é 123º, enquanto o
que obtivemos, a uma temperatura de 19,9ºC e comprimento de onda
de 589nm, foi de 115,56º. Esta discrepância representa um erro relativo
de 6%, ou seja, trata-se de um resultado muito próximo do esperado.
Este erro pode estar associado ao próprio aparelho, à temperatura ou ao
comprimento de onda utilizados na medição do valor esperado. O éter
de petróleo não altera os nossos resultados devido a não contribuir para
a rotação óptica.
Após a comparação global de todos os factores anteriormente
referidos, chegámos a conclusão que os valores esperados se
assemelham bastante aos que obtivemos. Assim, podemos afirmar que
o grau de pureza da nossa amostra foi bastante satisfatório, ainda que,
provavelmente, contivesse alguns restos de éter petróleo, o que afectou
o valor do rendimento do isolamento.
Bibliografia
[1] SIMÃO, Dulce, et al., QUIMICA ORGÂNCIA LABORATÓRIO, 2º Semestre
2008/2009, Departamento de Engenharia Química e Biológica, Instituto
Superior Técnico;
[2] http://www.floridachemical.com/
[3] http://www.jtbaker.com