PRÁCTICA # 8 “AISLAMIENTO” OBJETIVOS: Aislar el aceite esencial de un producto natural utilizando las siguientes técnicas del laboratorio: Destilación por arrastre con vapor. Extracción continúa en equipo Soxhlet. Extracción directa a reflujo. Conocer las características de cada una de estas técnicas, así como los factores que interviene en ellas. Comparar Comparar la eficiencia eficiencia y selectividad selectividad de cada una de ellas en el aislamiento aislamiento del aceite esencial de que se trate
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INTRODUCCIÓN: ACEITES ESENCIALES: Los Terpenos son una familia de diversos compuestos que tienen esqueletos formados por unidades de isopentilo (isopreno). Los terpenos se suelen aislar de los aceites esenciales de las plantas: aceites aromáticos que se obtienen de las plantas en forma concentrada, generalmente por destilación por arrastre en corriente de vapor. El término aceites esenciales literalmente significa: aceites derivados de la esencia. Con frecuencia tienen aromas o gustos agradables, y son muy utilizados como saborizantes, aromas y medicamentos. Los aceites esenciales son concentrados aceitosos que se extraen por medio de algún proceso de las hojas, flores, semillas, corteza, raíces o frutos de diversas plantas; generalmente se evaporan al contacto con el aire, por lo que también son conocidos como aceites volátiles. La mayor parte de los aceites se obtienen de plantas a través de procesos destilación. Los aceites esenciales tienen una enorme cantidad de usos y se obtienen tanto de plantas cultivadas como de plantas silvestres. FAO (1998) estima que existen alrededor de 3,000 aceites esenciales conocidos a nivel mundial, de los cuales aproximadamente el 10% tienen tienen import importanc ancia ia comerc comercial ial.. La mayorí mayoría a de los aceites aceites se usan usan en cosmét cosmético icos, s, masaje masajes, s, aromaterapia, artesanías o en productos de limpieza; otros son usados como repelentes de insectos tanto para el hombre como para el ganado, y en medicina se aplican en el tratamiento de una amplia diversidad de afecciones. La extracción de los aceites esenciales de las partes vegetales se realiza de diversas formas, en función de la calidad del aceite por extraer y de la estabilidad de sus constituyentes; ya que en la mayoría de los casos éstos tienden a degradarse cuando se someten a altas temperaturas u otro tipo de tratamiento extremo. La extracción de aceites esenciales se realiza fundamentalmente por cuatro métodos: Destilación con agua: la planta sólo se pone en contacto con agua, es común para la extracción de aceites con propiedades medicinales. Destilación con agua y vapor: la parte de la planta se pone en contacto directo con vapor, mismo que diluye el aceite el cual es recolectado en agua. Destilación Destilación con vapor: la parte vegetal vegetal se pone en contacto directo con vapor y los aceites son recolectados directamente. Destilación con solventes: el aceite se extrae en un solvente, mismo que después debe ser separado. •
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Consideraciones: a) Los aceites esenciales pueden aislarse de sus fuentes naturales por medio de la extracción con disolventes. b) Dependiendo de la técnica que se utilice para el aislamiento, será la pureza y rendimiento del aceite esencial. c) Las sustancias que son poco solubles en agua, generalmente destilan por arrastre con vapor. Antes del proceso de destilación la planta o la parte de la planta de interés se seca parcialmente y se machaca, esto ayuda a incrementar la superficie de contacto del solvente y agilizar el proceso de destilación. LEY DE LAS PRESIONES PARCIALES DE DALTON : “La presión total de una mezcla de gases es igual a la suma que cada gas ejercería si estuviera presente sólo”
PT = P1+P2+P3+……+Pn
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Pi = ni / nt = xi ACEITE ESENCIAL DEL LIMÓN: LIMONELO El limoneno levógiro (-) se extrae de la cáscara de la naranja y le confiere su olor característico. El limoneno dextrógiro (-) es un líquido aceitoso que puede extraerse fácilmente de la cáscara del limón y es el responsable de su olor. El limoneno es una sustancia natural que se extrae de los cítricos. Es la sustancia que da olor característicos a las naranjas y los limones. Pertenece al grupo de los terpenos. Posee un centro quiral, concretamente un carbono asimétrico. Por lo tanto existen dos isómeros ópticos: el D-limoneno y el L-limoneno. La nomenclatura IUPAC correcta es R-limoneno y S-limoneno, pero se emplean con más asiduidad los prefijos D y L o alfa y beta. Aplicaciones: En los últimos años ha adquirido una singular importancia debido a su demanda como disolvente biodegradable. Aparte de disolvente industrial también tiene aplicaciones como componente aromático y es ampliamente usado para sintetizar nuevos compuestos. Puesto que es un derivado de los cítricos, el limoneno se considera un agente de transferencia de calor limpio y ambientalmente inócuo con lo cual es utilizado en muchos procesos farmacéuticos y de alimentos. DESTILACIÓN POR ARRASTRE DE VAPOR La destilación por arrastre de vapor es una técnica útil para la destilación de un compuesto inmiscible con el agua (vapor). La diferencia fundamental con la destilación simple estriba en que tendremos una mezcla inmiscible de sustancias mientras que en el caso de la destilación simple tendremos una mezcla miscible. Las mezclas inmiscibles no destilan de la misma manera que las miscibles ya que cada sustancia ejerce su presión de vapor independientemente de la otra. Por tanto, la presión de vapor total será la suma de las presiones de vapor de cada componente puro, mientras que en el caso de mezclas miscibles la presión total es la suma de las presiones parciales (ley de Raoult). LIQUIDOS MISCIBLES Ptotal= PAºXA+ PBºXB LIQUIDOS INMISCIBLES Ptotal= PAº + PBº Esto se traduce en que una mezcla de dos líquidos inmiscibles alcanzará su punto de ebullición a más baja temperatura que cada uno de los líquidos puros, es decir, la codestilación una mezcla inmiscible de un compuesto orgánico y agua supondrá que el compuesto orgánico destile por debajo de 100 ºC aún cuando su punto de ebullición esté muy por encima de esa temperatura. De esta manera esta técnica se aprovecha para la destilación de sustancias inestables o de altos puntos de ebullición evitando así su descomposición, también es muy útil para el aislamiento de productos naturales. La forma normal de llevar a cabo un arrastre de vapor consiste en pasar una corriente de vapor de agua através del líquido del matraz de destilación que a su vez se calienta. El agua y el compuesto codestilan condensando en el refrigerante y recogiéndose en otro matraz. Una vez terminada la destilación el agua y la sustancia orgánica inmiscible se separarán por extracción. Otra forma más fácil de llevar a cabo un arrastre de vapor consiste en introducir en el matraz de destilación una mezcla del compuesto orgánico y agua y proceder como una destilación normal. En este caso el agua ha de ser reemplazada de vez en cuando a través de un embudo de adición. EXTRACCIÓN CONTINUA A REFLUJO: Un montaje para reflujo permite realizar procesos a temperaturas superiores a la ambiente (reacciones, recristalizaciones, etc), evitando la pérdida de disolvente y que éste salga a la atmósfera.. Básicamente consta de un matraz donde se coloca la disolución y de un refrigerante, acoplado en vertical, al que según la finalidad del experimento se acoplan otros elementos en función de que sea necesario llevar a cabo adiciones, mediciones de temperatura interna, etc.. El refrigerante se conecta mediante tubos de goma al grifo de agua por su parte inferior y al desagüe por la parte superior (en contracorriente). El matraz se sumerge parcialmente en el baño calefactor y todo el montaje en posición vertical debe ser adecuadamente asegurado mediante un pie, pinzas y clips o muelles de sujeción. Para evitar ebulliciones violentas es conveniente introducir en el matraz con la disolución un agitador magnético o porcelana porosa. EXTRACTOR SOXHLET: El extractor Soxhlet o simplemente Soxhlet es un tipo de material de vidrio utilizado para la extracción de compuestos, generalmente de naturaleza lipídica, contenidos en un sólido, a través de un solvente afín.
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Fue inventado en 1879 por Franz von Soxhlet, y fue diseñado originalmente para extraer un lípido de una muestra de un material sólido. Este equipo está diseñado para aplicaciones a nivel micro durante el análisis y experimentación en procesos de extracción de grasas. Integrado por un extractor, un condensador especial de tipo bulbo y un matraz; El condensador está provisto de una chaqueta de 100 mm de longitud, con espigas para la entrada y salida del agua de enfriamiento. El extractor tiene una capacidad, hasta la parte superior del sifón, de 10 ml; el diámetro interior del extractor es de 20 mm y longitud de 90 mm. El matraz es de 500 ml de capacidad. Esta conformado por un cilindro de vidrio, vertical de aproximadamente un pie de alto y una pulgada y media de diámetro. La columna está dividida en una cámara superior e inferior. La superior o cámara de muestra sostiene un sólido o polvo del cual se extraerán compuestos. La cámara de solvente, exactamente abajo, contiene una reserva de solvente orgánico, éter o alcohol. Dos tubos vacíos, o brazos corren a lo largo, a un lado de la columna para conectar las dos cámaras. El brazo de vapor, corre en línea recta desde la parte superior de la cámara del solvente a la parte superior de la cámara del sólido. El otro brazo, para el retorno de solvente, describe dos U sobrepuestas, que llevan desde la cámara de la muestra el solvente hasta la cámara de solvente. El soxhlet funciona cíclicamente, para extraer las concentraciones necesarias de algún determinado compuesto. Éste funciona de la siguiente forma: Cuando se evapora el solvente sube hasta el área donde es condensado; aquí, al caer y regresar a la cámara de solvente, va separando los compuestos, hasta que se llega a una concentración deseada. Esto puede ocasionar problemas con algunos compuestos, que con los ciclos llevan a un rompimiento, como lo es el ámbar. EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO: De un material sólido se pueden separar selectivamente algunos de sus componentes mediante la incorporación de disolventes volátiles e inertes. Después de que han estado en contacto con el sólido y el disolvente se separan. Al evaporar la solución queda el material extraído. El disolvente evaporado se condensa para volverlo a utilizar. El extractor soxhlet permite efectuar extracciones continuas de sólido-líquido.
=PARTE EXPERIMENTAL= MATERIAL
Matraz Erlenmeyer de 1 l. Matraz Erlenmeyer de 125 ml Matraz Erlenmeyer de 50 ml Vaso de pp. de 250ml Probeta graduada de 25 ml Tubo de vidrio de 70 cm. de largo Conexión de tubo de vidrio c/2 tapones de hule bihoradados para los matraces de 1L Embudo de vidrio Frasco cámara Tela de alambre c / asbesto Extracción continua de soxhlet: Equipo soxhlet 24/40 c/cámara de extracción y refrigerante p/agua Matraz redondo 500 ml 24/40 Dedal para soxhlet Refrigerante para agua 24/40 con mangueras Pinza de 3 dedos c/nuez Canasta de calentamiento c/conexión Reóstato con conexión SUSTANCIAS Zacate de limón limón), acetato de etilo cloroformo
2 1 1 2 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1
Portaobjetos Capilares Vial Embudo de separación con tapón Refrigerante para agua con mangueras Colector Pinzas de 3 dedos c/nuez Anillo de fierro Recipiente de peltre Mechero Bunsen Espátula Reóstato con conexión Canasta de calentamiento c/conexión Matraz redondo 500 ml 24/40 Pinza de 3 dedos c/nuez Refrigerante p/agua 24/40 con mangueras Material adicional Rotavapor Embudo de vidrio de 12 cm. de diámetro Lámpara de luz U.V.
4 3 1 1 1 1 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
(té sulfato de sodio anhídro gel de silice p/c.c.f. GF-254 yodo
PROCEDIMIENTO: Experimento 1. Destilación por arrastre con vapor. (A) Coloque aproximadamente 500mL de agua en el matraz número 1(generador de vapor) y agregue cuerpos porosos. En el matraz #2 coloque 165 g de té limón, cortados en trozos pequeños. Con el mechero, caliente hasta ebullición el matraz #1 a fin de generar el vapor que pasará al matraz #2. Extrayéndose de ésta manera el aceite esencial de té limón, que inmediatamente es arrastrado por el vapor de agua en un proceso de codestilación.
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Suspenda el calentamiento cuando el volumen del destilado sea de 150 mL aprox. De éste destilado extraiga totalmente el aceite esencial, colocando en el embudo de separación cantidades adecuadas de destilado y de acetato de etilo. Las fases acuosas se desechan y los extractos orgánicos se colectan en un matraz Erlenmeyer de 50 mL, agregue entonces la cantidad necesaria de sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua remanente. Filtre o decante el extracto seco y colóquelo en un vial. Con esta muestra y los extractos que obtenga en los experimentos siguientes hará una c.c.f. para comparar resultados. Experimento 2. Extracción continúa con Soxhlet. (B) En el matraz redondo de 500mL coloque 250mL de cloroformo y agregue cuerpos porosos. Llene el dedal con 6.5g de té limón cortado en pequeños trozos y colóquelo en la cámara de extracción. Luego caliente con cuidado hasta ebullición del cloroformo, cuyos vapores deberán condensarse en el refrigerante para caer sobre el té limón. En el momento en el que la cámara de extracción se llene con el cloroformo, éste cae, por diferencia de gravedad, al matraz. Este proceso se repite continuamente, de tal manera que cada vez se extrae mayor cantidad de aceite esencial. El número de descargas del extracto clorofórmico puede variar en función de la cantidad y calidad de la muestra. El profesor le indicará el # apropiado de descargas. Al terminar desmonte el equipo y seque el extracto el extracto con sulfato de sodio anhidro, filtre o decantar. Destile el exceso de cloroformo en un equipo de destilación simple o en el rotavapor, dejando aproximadamente 5mL de residuo o cola de la destilación, que es un extracto mas concentrado. Colóquelo en otro vial y utilícelo para la c.c.f. comparativa. Experimento 3. Extracción directa a reflujo. (C) Monte el equipo que se muestra en la siguiente figura: En el matraz redondo de 500mL coloque 65g de té limón cortado en trozos pequeños y agregue 300 ml de cloroformo. Caliente a reflujo durante 30 min. Para extraer el aceite esencial. Luego desmonte el equipo y decante o filtre el extracto obtenido. Séquelo con sulfato de sodio anhidro y decántelo en un recipiente limpio y seco. Destile entonces el exceso de disolvente en un equipo de destilación simple o en el rotavapor. Deje 5mL aprox. De residuo o cola de la destilación, obteniéndose así un extracto mas concentrado. Colóquelo en otro vial. Finalmente compare, las tres muestras en la misma cromatoplaca. Eluya con mezcla de Hexano: acetato de etilo(1:1). Revele con luz U.V. luego con yodo. Anote sus resultados y observaciones. Dibuje también la cromatoplaca revelada.
RESULTADOS:
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La sustancia A (aislada con vapor de agua) fue incolora y subió 6cm * La sustancia B (aislada con extracción continua con soxhlet) contenía 3 colores: amarillo (2.5cm), verde (2.5cm) y amarillo verdoso (1cm) * La sustancia C (aislada en extracción continua a reflujo) contenía 2 colores: amarillo(4cm) y verde (2cm)
A
B
C
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DISCUSIÓN DE RESULTADOS:
Se realizaron 3 métodos para extraer el aceite esencial del limón (limonero dextrógiro) que es un aceite aromático aceitoso que se extrajo de la planta del limón, debido a que es volátil e insoluble en agua y las técnicas se emplearon para saber cuál era la mejor. Para una mejor obtención del aceite primero se corto en pedazos ya que es insoluble en agua y se utilizó como disolvente para aislar de la planta el aceite al cloruro de metileno. Para determinar el aceite presente en la extracción se realizó una placa cromatográfica en la que se contenía las sustancias extraídas por los 3 métodos. La sustancia C, correspondía a la destilación continua a reflujo, en la que se observó 2 colores: amarillo y verde, lo que señaló que la sustancia se encontraba impura, es decir había más de un elemento en la extracción, posiblemente proveniente de algún compuesto más del limón, por lo que se determinó que no fue un buen método de extracción para esta sustancia. La sustancia B, presentó 3 colores: amarillo, verde y amarillo verdoso, por lo que también se encontraba impura, y esto debido a que la extracción con soxhlet es mejor para compuestos de naturaleza lipídica (es decir, grasosos para otro tipo de sustancias como el chocolate), razón por la cuál tampoco fue un buen método. La sustancia C, a simple vista no se observaba, pero con la lámpara UV, se observaba como había subido y era transparente, color característico del aceite del limón, por lo que determinamos que este fue el mejor método para extraer y aislar el aceite esencial del limón ya que el método por arrastre con vapor de agua es ideal para separar sustancias volátiles e insolubles en agua como lo fue nuestro compuesto, además de que este tipo de sustancias, generalmente se extraen por destilación, dependiendo de la calidad deseada y aceite a extraer, y como en este caso se utilizó con arrastre de vapor, y luego por extracción simple con AcOet, se extrajo el aceite únicamente y sin impurezas.
CUESTIONARIO: 1. Describa cuál es el aspecto que presentan los diferentes extractos obtenidos: Las diferentes muestras presentan diferente intensidad de color y el color es directamente proporcional a la concentración del analito por lo que en las diferentes pruebas se puede observar las diferentes concentraciones de cada una de las muestras con los diferentes métodos de extracción. La sustancia A (aislada con vapor de agua) fue incolora La sustancia B (aislada con extracción continua con soxhlet) contenía 3 colores: amarillo, verde y amarillo verdoso ( se encontraba más concentrada que las otras 2 muestras) La sustancia C (aislada en extracción continua a reflujo) contenía 2 colores: amarillo y verde
2. Con base en los resultados y observaciones de la c.c.f. comparativa, ¿Cuál de los tres métodos de trabajo permite aislar con mayor pureza al aceite esencial de té limón? Arrastre con vapor de agua 3 ¿En que caso conviene utilizar la el método de extracción continua?. Cuando es necesario el uso de disolventes que estén en contacto con la muestra para poder separarla del medio. Donde la diferencia de solubilidades sea la requerida como para poder extraer el analito que deseamos 4.- Describa el proceso de reflujo y sus características: El proceso requiere de que la muestra y el disolvente estén en contacto. Lo que sucede en este método es la evaporación constante del disolvente y la precipitación inmediata del mismo a base de un refrigerante que básicamente disminuye la temperatura del disolvente lo que genera que poco a poco se vaya evaporando el disolvente hasta que quede la muestra limpia para después purificarla por medio de una destilación simple y obtener la muestra lo mas pura posible 5. Mencione cinco procesos industriales en los que, en algunos de sus pasos, se aplique una destilación en corriente de vapor *Extracción de amoniaco en aguas residuales *Extracción de aceite esencial de la pimienta *Purificación del agua potable *Grado de alcohol volumétrico en vinos *Prueba de digestibilidad de pepsina Torry
6.- Consulte la toxicidad de las sustancias utilizadas en esta práctica. CLORURO DE METILENO: Líquido volátil no inflamable, transparente, pesado e incoloro, con un olor suave parecido al éter. Sin punto de inflamación, con arreglo a los procedimientos de ensayo
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normalizados; Completamente miscible con una amplia gama de disolventes; Elevado poder de disolución, Excelentes propiedades de reciclado, Altamente estable, Elevada pureza ACETATO DE ETILO: Inhalación: Causa dolor de cabeza, náuseas e incluso pérdida de la conciencia y puede sensibilizar las mucosas, inflamándolas. En concentraciones altas causa convulsiones y congestión de hígado y riñones. Sin embargo, aún a concentraciones bajas causa anemia; Contacto con los ojos: Una exposición prolongada causa el oscurecimiento de las córneas; Contacto con la piel: El contacto constante o prolongado a este compuesto provoca resequedad, agrietamiento, sensibilización y dermatitis; Ingestión: Irrita las membranas mucosas. En experimentos con conejos se ha observado pérdida de coordinación, probablemente debido a la hidrólisis rápida a ácido acético y etanol. 7.- ¿Cuál es la peligrosidad de la luz U.V.? La luz UV tienen la propiedad de ser radiactiva que genera problemas con las células del cuerpo humano además que en contacto directo con l a vista puede generar grandes daños a la visión del estudiante por eso es indispensable no ver la luz directamente y evitar estar en contacto con esta por tiempos prolongados
CONCLUSIONES: Se utilizaron 3 técnicas de extracción para un aceite esencial, de los cuáles se dedujo experimentalmente y teóricamente que la técnica (de las usadas) más eficiente para extraer un aceite esencial es la técnica por arrastre de vapor de agua ya que es la que produjo una mayor pureza del aceite esencial, debido a que estos aceites son volátiles, lo cuál facilita sus extracción por este método, y así mismo cada una de las técnicas utilizadas tienen una función, con la que trabajan mejor, dependiendo de lo que se desee extraer. BIBLIOGRAFÍA: •
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