Aislamiento del ácido carmínico de la “cochinilla”
(Dactilopius coccus costa) y Síntesis de
Carmines
A. Objetivos de la práctica Aislar el ácido carmínico a partir de la cochinilla. Sintetizar el carmín de aluminio a partir de la cochinilla. B. Ácido Carmínico y carmines. Estructuras, propiedades y usos. Tabla N°1. Propiedades físico- químicas del reactante, producto y/o subproductos orgánicos. [1]
Sustancia Ácido carmínico
Estructura
Peso Punto de molecular ebullición (g/mol) (°C) 492.4 136.0
----------
---------
Solubilidad por 100g de H2O 2.00
---------
Camín de aluminio
Usos: Ácido carmínico: -Se utiliza principalmente como colorante orgánico natural, algunas de sus aplicaciones se dan en la fotografía, pigmentos artísticos, indicador de bacterias, cosméticos, entre otros. -Uno de los usos menos comunes es utilizarlo como agente complejante para ciertos cationes metálicos como el aluminio, plomo, etc. -En la industria alimentaria es usado con mucha frecuencia para dar color rojo a los alimentos y bebidas. Carmín de plomo: -Se usa para el teñido de lana, confección de mantos y tapices, así como para la fabricación de pinturas y entre otros. [1] Parte Experimental
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
C. Aislamiento del ácido carmínico de la cochinilla 1. Diagrama del proceso químico Cochinilla
A. Extracción: i. 50ml de H2O hirviendo. ii. Baño María 15 min T=90-95°C. iii. Agitación constante 15´. iv. Filtrar v. Concentrar a baño maría hasta unos 40ml aprox. Mezcla (ácido carmínico e impurezas) B. SEPARACIÓN: i. Acetato de plomo (2g). ii. Reposo por 12h. iii. Filtrar al vacío y lavar con agua.
Residuo líquido (acetato de plomo + impurezas) Carmín de plomo
C. AISLAMIENTO: i. 30ml de metanol-ácido clorhídrico(2:1) ii. Agitación 20´. iii. Filtración al vacío. iv. Concentrar a baño María (20ml). v. Reposar 1 a 3 días.
Residuo acuoso (HCl + metanol)
Ácido carmínico cristalizado
C. SEPARACIÓN: i. Filtración y lavado con metanol frío. Ácido carmínico sólido
2. Observaciones Experimentales a) Condiciones de reacción: Reactantes: Sustrato Reactivos Cochinilla 0,5 g Acetato de plomo 2g Metanol- ácido clorhídrico (2:1) 30ml Tiempo de reacción: 15 minutos. Temperatura de reacción: Baño maría T=90- 95°C aprox. Tiempo de cristalización: 1 a 3 días. . Color de la mezcla de reacción: Rojo claro. Color del ácido carmínico: Rojo oscuro.
2
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
Figura N°1. En la parte izquierda se muestra el color de la mezcla de reacción (rojo claro), mientras que en la derecha se observa el color del ácido carmínico (rojo oscuro). b) Producto obtenido. Características (colores) y cantidad. Tabla N°1. Características de ácido carmínico y el subproducto cloruro de plomo
Producto
Estado
Color
Masa(g)
Ácido carmínico
Solido
Rojo oscuro
0,08
c) Rendimiento de la reacción.
%=
á í
% =
,
% = , %
d) Presentación del producto.
D. Preparación del carmín de aluminio 1. Diagrama del proceso químico 3
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
Cochinilla
B. Extracción: i. 50ml agua hirviendo ii. Baño María 15 min T°=90-95°C iii. Agitación constante iv. Filtrar v. Concentrar a Baño María hasta unos 40ml aprox. Mezcla (ácido carminico e impurezas) D. SEPARACIÓN: i. 1.3g alumbre de aluminio ii. Reposo por 4h iii. Filtrar al vacío y lavar con agua acetona
Residuo líquido Carmín de Al
2. Observaciones Experimentales a) Condiciones de reacción: Reactantes Sustrato Reactivos Cochinilla 0,5 g Alumbre de aluminio (1,3g) Tiempo de reacción: 15 minutos. Temperatura de reacción: Baño maría T=90- 95°C aprox. Tiempo de separación: 4 horas. Color de la mezcla de reacción: fucsia.
Figura N°2. Se trata del carmín de aluminio, el cual presenta un color fucsia.
4
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
b) Producto obtenido. Características y cantidad. Tabla N°3. Carmín de aluminio
Producto
Estado
Color
Masa(g)
Carmín de aluminio
Sólido
fucsia
0,24
c) Rendimiento del proceso.
%=
% =
,
% = , %
d) Presentación del producto. Cuestionario .Análisis de la bibliografía. P1. Lloyd – 1980: 91-107(“Extraction and chemistry of cochineal”, Págs 102 -105) 1. ¿Cuál es la principal característica de los carmines (relacionada con su color)?[7] Solutions of carminic acid have little intrinsic colour below pH 7 (where the quinone ring has greatest photostability) an d in the region of pH 4 have a ” pale Straw” tint depending on concentration. However, carminic acid shares with other quinones, such as alizarin (see Keil & Heertjes, 1963), the property of forming complexes with several metals, a state of combination which is frequently accompanied by a shift in the position of maximum absorption in the visible range to higher wavelengths (Jain, 1960) and apparent increase in colour intensity when viewed by eye. Technologically speaking, the most "brilliant' colours are produced with tin and aluminium. (Pág. 102) Las soluciones de ácido carmínico tienen poco intrínseca color por debajo de pH 7 (donde el anillo de quinona tiene mayor fotoestabilidad) y en la región de pH 4 tienen una tinte "pálido paja" dependiendo de la concentración. Sin embargo, el ácido carmínico comparte con otras quinonas, como la alizarina(ver Keil & Heertjes, 1963), la propiedad de formar complejos con metales varios, un estado de combinación que con frecuencia se acompaña de un cambio en la posición de máxima absorción en la gama visible de longitudes de onda mayores (Jain, 1960) y el aparente incremento en la intensidad de color cuando se mira por el ojo. Tecnológicamente hablando, los colores más "brillantes" se producen con estaño y aluminio. 2. ¿Cuál es la diferencia principal entre el carmín de aluminio y el carmín de calcio? Subsequent stages of the process always involve treatment of the extract with an aluminium salt. According to the intended end-use, the resultant complexes may betreated with ethanol at high concentration to precipitate a "soluble" carmine or, alternatively, they can be isolated in that form which is "insoluble' below pH 7 by the addition of a calcium salt to the final solution. Colours ranging from pale 'strawberry' to near "blackcurrant', certainly covering the spectrum of'reds' normally preferred in foods and beverages. (Pág. 103) 5
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
Las etapas subsiguientes del procedimiento implican siempre el tratamiento del extracto con una sal de aluminio. De acuerdo con el uso final pretendido, los complejos resultantes pueden ser tratados con etanol a alta concentración para precipitar un carmín "soluble" o, alternativamente, pueden aislarse en esa forma que es "insoluble" por debajo de pH 7 mediante la adición de un calcio. Demostró que, simplemente ajustando la relación ácido carmínico / aluminio, es posible, al menos a escala de laboratorio, producir colores solubles que van desde "fresa" pálida hasta cerca de "grosella negra", cubriendo ciertamente el espectro de "restos" normalmente preferidos en los alimentos y bebidas.
3. Indique dos ventajas que caracterizan a los “carmines solubles” Although more expensive to produce on a commercial scale, the "soluble" carmines have certain distinct technological advantages, not least in their solubility over a wide pH range even in aqueous ethanol mixtures. A considerable reduction in the cost of producing carmines soluble over a wide range of pH, coupled with a more precise adjustment of colour for a variety of applications, can be obtained using spray-dried products both with and without the incorporation of other approved food additives as diluents and carriers. Some of the latter greatly increase the photostability of the pigment at pH values above 7 in the presence of oxygen (A. G. Lloyd, unpublished work). (Pág. 103) Los carmines "solubles" tienen ciertas ventajas tecnológicas, sobre todo en su solubilidad en un amplio rango de pH, incluso en mezclas acuosas de etanol. Se puede obtener una reducción considerable del costo de producción de carmines solubles en una amplia gama de pH, junto con un ajuste más preciso del color para una variedad de aplicaciones, usando productos secados por pulverización, con y sin la incorporación de otros aditivos alimentarios aprobados como diluyentes y portadores. Algunos de estos últimos aumentan considerablemente la fotoestabilidad del pigmento a valores de pH superiores a 7 en presencia de oxígeno (A. G. Lloyd, trabajo inédito).
4. ¿Cuáles son los principales aminoácidos encontrados en muestras de carmines?
6
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
Table 2 records the average results obtained in the studies, expressed as amino acid residues per 1000 residues. It will be immediately obvious that the most striking features include: Successive studies show that these observations constitute a virtual "fingerprint' for 'soluble" carmines (J. Thomas and A. G. Lloyd, unpublished work). Although less obvious, the same trends are apparent in amino acid analyses of 'insoluble" carmines. At the risk of being accused of speculation, it must be said that this pattern is more reminiscent of "structural" proteins than of their globular 'enzymic' counterparts. (Pág. 105) Tabla 2 recoge los resultados promedio obtenidos en los estudios, expresados como residuos de aminoácidos por 1000 residuos. Será inmediatamente evidente que las características más llamativas son:
Tabla 2 Análisis de aminoácidos típicos para commercial´solubles´carmines (expresado como residuos de aminoácidos por 1000 residuos). Asp
116
Met
12
Thr
46
Ileu
20
Ser
56
Leu
29
PRO
53
Tyr
24
Glu
151
Phala
16
Gly
171
His
50
Ala
56
Lys
123
Val
29
Arg
40
Cys
8
Sucesivos estudios demuestran que estas observaciones constituyen un virtual "huella digital ' para ' soluble" carmines (trabajan de J. Thomas y A. G. Lloyd, inédito). Aunque menos obvio, las mismas tendencias son evidentes en el análisis de aminoácidos de "insoluble" carmines. A riesgo de ser acusados de especulación, hay que decir que este patrón es más una reminiscencia de "estructurales" proteínas que sus homólogos 'enzimática' globular
P2. Eisner, T.et al.- 1980: 1039(“Red Cocíneal Dye (Carminic Acid): Its Role in Nature”)
1. ¿Cuál es el rol que cumple el ácido carmínico en la cochinilla?[2] Other Quinones are powerful deterrents of feeding predators, including insects such as ants predaceous. Assuming that an antroquinona (acid carminic) could be equally defensive, we undertook the bioassays that demonstrated that carminic acid is in fact potentially deterrent to ants. 7
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
Otras quinonas son potentes disuasivos de la alimentación a los depredadores, incluyendo los insectos predaceous tales como hormigas. Asumiendo que una antroquinona (ácido carmínico) pudo ser igualmente defensiva, emprendimos los bioensayos que demostraron que el ácido carmínico es de hecho potencialmente disuasivo a las hormigas.
2. ¿A qué se debe que los insectos Dactylopius confusus sean blancos? The aggregations of dactylopius are conspicuously white, as a result of the spongy investiture of waxy powder and silk thread which characteristically cover their bodies. This wool is intended to act as a defensive half. Las agregaciones de dactylopius son conspicuamente blancas, como resultado de la investidura esponjosa de polvo ceroso e hilos de seda que característicamente tapa sus cuerpos. Esta lana está pensada para actuar como medio defensivo.
P3. Estudio de la tesis de Licenciatura en Química “Obtención y Caracterización de Carmines de los metales alcalino térreos a partir de la cochinilla” (Víctor Peragallo B., EPQ-FC, 1997). En cada caso, indique la página respectiva. a) Sec.3.2 “extracción y purificación del ácido carmínico de la cochinilla”(págs.. 28-39) presente dos semejanzas y dos diferencias con el procedimiento realizado en su práctica de laboratorio.[8] Tabla N° 4. Semejanzas y diferencia del procedimiento experimental y la referencia. SEMEJANZAS
DIFERENCIAS
Se utiliza agua como solvente para la Como solvente de extracción en el extracción de ácido carmínico (pág. 31) desengrasado Laboratorio: éter de petróleo Referencia: n-Hexano (pág.28) Las condiciones de la reacción: Referencia: se desproteiniza con metanol temperatura ( baño maría T°=90-95°C) (pág.29) agitación y tiempo (15-20 min) son las Laboratorio: no se realiza ese paso. mismas (pág.31-32)
8
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
P4. CARBOHIDRATOS. Indique las (i) estructuras, (ii) propiedades, (iii) utilización y (iv) fuentes naturales de obtención. a) QUITINA. Tabla N°5. Estructura, propiedades, utilización y fuentes naturales de obtención de la quitina. ESTRUCTURA
PROPIEDADES[6]
UTILIZACION
FUENTES NATURALES DE OBTENCION DE QUITINA[4]
La quitina es la sustancia orgánica más abundante en la naturaleza después de la celulosa , es un biopolímero lineal, altamente insoluble en agua, propiedad esta que limita sus aplicaciones; se disuelve rápidamente en ácidos concentrados, en algunos fluoroalcoholes y soluciones al 5% de cloruro de litio, lo que la hace poco práctica para su aplicación y presenta baja reactividad. Otras propiedades relevantes de este biopolímero son su alto peso molecular y su estructura porosa favoreciendo una elevada absorción de agua Debido a sus propiedades los hacen muy atractivos en nutrición, cosmética, biomedicina , agricultura y medio ambiente. Actualmente, se consume de forma habitual en todo el mundo como suplemento alimenticio , sus propiedades antibacterianas y antivirales están muy indicadas para las aplicaciones de la medicina biológica en la cura de heridas , suturas y como ayuda en las operaciones de cataratas y tratamiento de enfermedades. Constituye un componente menor en la mayoría de los hongos y algunas algas , en los que sustituye con frecuencia a la celulosa u otros glucanos .En las células de levadura en fase de división, la quitina se encuentra en el tabique que se forma entre las células que se están separando. Sin embargo , la función mejor conocida de la quitina es la que posee en los animales invertebrado , donde constituye una sustancia estrucutral importante del exoesqueleto de muchos invertebrados e insectos.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA. [1]Lloyd – 1980: 91-107 “extraction and chemestry of cochineal. Págs.. 102 -105 [2]Eisner, T.et al.- 1980_103 “Red Cocineal Dye(carminic Acidic): its Role in Nature” 9
UNI / FC- EPQ /CQ 441 / PL N°2- Inf 2
[3]Tesis de Licenciatura en Quimica “Obtenion y Caracterizacion d e Carmines de los metales alcalino terreos a partir de la cochinilla”(victor Peragallo B.,EPQ -FC,1997). [4]V. Melo & Cuamatzi,O.(2007) Bioquímica de los procesos metabólicos .Carbohidratos:estrucutura y función biológica. México:Editorial Reverte (2da edición) pág. 68. [5]Vilasoa Martinez ,M.(2008) Desarroll de métodos analíticos para la valoración nutricional del cangrejo de las nieves, chionoecetes opilio. España, Santiago de Compostela , pág 111. [6] Rincon,M. & Gutierrez ,E.(2012) .Quitina y Quitosano, polímeros amigables .Una revisión de sus aplicaciones. Revista Tecnocientifica URU , N°1 págs 54. [7] Lloyd (1980). Extraction and chemistry of cochineal. Págs 102-105. [8] Víctor Peragallo.(1997). Obtención y Caracterización de Carmines de los metales alcalino térreos a partir de la cochinilla, B.,EPQ-FC. Págs 31-39. 41-42. [9] 3. Reyna, V. Práctica de laboratorio N°2: Aislamiento del ácido carmínico de la “cochinilla ” (Dactilopius coccus costa ), síntesis de carmines y determinación cuantitativa de ácido carmínico. Química Orgánica III. Universidad Nacional de Ingeniería CQ- 441, Perú, 2017.
10
