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Laboratorio de Cinética Química, Práctica 8° © Departamento de Química, Universidad Nacional !raria La "olina, Lima#Per$
Efecto de un extracto vegetal sobre el mecanismo m ecanismo de oxidación del Fe (II) Sally, Cangalaya, Nataly Chavarria , aulo aulo !aya, "en#o Silva Evelyn $urivilca $urivilca
"esumen %n la naturale&a e'isten in(ibidores naturales, los cuales disminu)en la actividad de la en&ima* La práctica se bas+ en el eecto in(ibidor de un e'tracto natural -albedo de naran.a/ sobre el mecanismo de reacci+n de o'idaci+n del (ierro erroso por el ácido nítrico* %n donde vemos la o'idaci+n del 0e -11/ promovida por el ácido nítrico e in(ibida por el e'tracto de albedo de naran.a, en este caso mediante se estudi+ la ormaci+n del comple.o 2ierro -11/enantrolina* alabr alabras as clave clave3 in(i in(ibi bido dore ress natu natura rale les, s, albe albedo do de nara naran. n.a, a, comp comple le.o .o 2ier 2ierro ro-11 -11// enantrolina %bstract 1n t(e nature e'ists natural in(ibitors, 4(ic( reduces t(e activit) o t(e en&)me* 5(is practice is based in t(e in(ibitor eect o natural e'tract -oran!e albedo/ about t(e mec(anism o reaction o o'idation o errous ion promote or nitric acid* 6e stud) t(is or t(e o'idation o errous ion promoted or nitric acid and in(ibited or t(e e'tract o oran!e albedo, in t(is case 4e studied t(e ormation o clomple' ion -11/ op(enantroline*
&ey 'ords 3 natural in(ibitors, oran!e albedo, comple' ion -11/ op(enantroline
IN"*+CCIN Los in(ibidores son moléculas 7ue se unen a en&imas ) disminu inu)en su actividad* %n la naturale&a también son usados usados los in(ibi in(ibidor dores es en&im en&imátic áticos os ) estos estos se encuen encuentra trann implic implicado adoss en la re!ulaci+n del metabolismo* %n esta práctica se verá el eecto de un e'tracto ve!etal sobre el mecanismo de o'idaci+n de 0e -11/ por el ácido nítrico diluido esta medici+n ue (ec(a con un espe espect ctro roo ot+ t+me metr troo U9 U9## visi visibl ble, e, la misma reacci+n era de pseudo primer orden* Para el estudio de este e'perimento se pueden utili&ar el método de los estados estacionarios, las ecuaciones inte!radas ) la ecuaci+n de 9an:t 2o*
-.EI/S •
Determinar el potencial in(ibidor de un e'tracto alco(+lico de aldebo de nara naran. n.as as en la o'ida o'idaci ci+n +n del del i+n i+n erroso por el ácido nítrico*
F+N*%0EN E"IC La velo veloci cida dadd de reac reacci ci+n +n pued puedee ser ser e'presada matemáticamente como una ecuaci+n ecuaci+n mediante mediante Le) de 9elocidad* locidad* %n el caso caso de la o'id o'idac aci+ i+nn del del i+n i+n erroso por acci+n del ácido nítrico una posible le) de velocidad es3
2
HNO3
¿ ¿
Fe [¿¿ + 2 ] t =0 Fe Fe
+2
Fe
¿ ¿
t = t
+2
−d [ Fe ] dt
= K . ¿
[¿ ¿+ 2 ]=¿ K aparente ∫ dt t = 0
+2
d [ Fe ]
;iendo m ) n los +rdenes de la reacci+n con respecto al nítrico ) al (ierro -11/* La le) de velocidad cambiaría si la concentraci+n ácido nítrico a una mu) !rande, la ecuaci+n 7uedaría de la si!uiente manera3 Fe +2
−d [ Fe ] dt
+2
= K aparente . ¿
Fe +
dt
+2
¿ ¿
= K aparente . ¿
Dándole la orma para la inte!raci+n3 Fe
+2
¿ ¿ ¿n ¿ +2 −d [ Fe ] ¿
1nte!rando3
¿
log [ Fe
+2
]=log [ Fe+2 ] 0−
K aparente .t 2.303
¿ ¿
%ntonces se nota 7ue aparece el término < aparente, el cual se encuentra asociado a la concentraci+n de 2N= >* Para determinar el orden del 0e?@ se (ace uso de las ecuaciones inte!radas* plicándolo a la o'idaci+n, tenemos lo si!uiente3
−d [ Fe 2 ]
¿ [ ¿¿ + 2 ] t =t ¿ −∫ ¿
;i se representara !ráicamente Lo!A0e?@B vs tiempo se obtendrá una línea recta donde la pendiente inclu)e a la constante aparente de velocidad* ;i utili&amos la ecuaci+n de 9an:t 2o también determinaríamos el orden de una reacci+n 7uímica, pero para utili&ar dic(o método se necesita del cálculo de las velocidades iniciales* La Le) de 9elocidad para la o'idaci+n del (ierro -11/ en presencia de un compuesto or!ánico -=2/, se plantea de la manera si!uiente3 ROH
¿ ¿
Fe
+2
¿ ¿ +2 −[ Fe ] dt
= K . ¿
rre!lándolo con lo!aritmo 7ue así3 +2
log ( V inicial )= log [ K ]+ ZLog [ ROH ] + nLog [ Fe ]
Conociendo las velocidades iniciales
3
para las concentraciones de 0e ?@ ) =2, se puede calcular los +rdenes de la reacci+n con la !ráica de Lo!-9 inicial/ vs Lo!A0e?@B, produciéndose una recta ) la pendiente sería el orden mencionado anteriormente*
Fe d
5enemos el si!uiente mecanismo3 +2
↔
+2 2
+ 4 NO + 2 H 2 O →
+¿❑ [ Fe −O− Fe ] inestable ❑ 2 Fe + H II
II
+3
↔
Fe O
+2
+
2
dt
= K 1 [ Fe
¿
+ Fe 2+ 2 H
→
¿
"ecanismo de reacci+n para la o'idaci+n del i+n erroso promovida por el ácido nítrico en presencia de un in(ibidor3 l a!re!arse in(ibidores naturales en la o'idaci+n del i+n erroso se impide la reacci+n con el o'í!eno o por neutrali&aci+n directa de moléculas activas de o'í!eno, a través de ormaci+n de radicales libres or!ánicos altamente estables* La estabilidad 7ue ad7uiere los radicales libres or!ánicos por las deslocali&aci+n electr+nica, llamada ener!ía de resonancia, e'plica las propiedades antio'idantes de muc(as moléculas de ori!en natural* %l mecanismo sería el si!uiente3 +2
→
+2
[ Fe II −O− Fe II ] inestable +2 H ¿
K 1 [ Fe
+2
+
+¿❑ 2 Fe 2 + R O º + H 2 O2 Ki
[ Fe II −O− Fe II ] inestable + ROH + H ¿
] = K 1 [ Fe+ ]− K 2 [ Fe + ] Fe O + [
;i se considera 7ue
+2
2
2
2
dt
+3
] [ Fe O2+2 ] ( 1 )
= K 2 [ Fe
d [ Fe O 2
II
+¿❑ 2 Fe + H 2 O 2 K 2 →
]
II
↔
plicando el método de los estados estacionarios se considera la ?@ concentraci+n del i+n 0e= @ , la e'presi+n matemática sería así3 +3
]
4 HNO3 + 6 Fe ❑ 3 [ Fe −O− Fe ] + 4 NO + 2 H 2 O K 1
NO + H 2 O 2 ❑ N O 2+ H 2 O K 3
d [ Fe dt
+2
Con esta $ltima ecuaci+n se nota 7ue la o'idaci+n si!ue una cinética de primer orden con respecto a los iones errosos*
eacci+n de o'idaci+n del i+n erroso promovida por el ácido nítrico3 %l 2N=> es un a!ente o'idante uerte ) sus productos dependen de su concentraci+n* La reducci+n del 2N= > aporta el o'í!eno necesario para ormar el comple.o dio'í!enodi(ierro, identiicado como intermediario inestable en la autoo'idaci+n de los comple.os errosos, siendo así puente pero'o entre dos iones de (ierro -11/*
4 HNO3 + 3 Fe ❑ 3 FeO
[¿ ¿+ 3 ]
]= K 2 [ Fe ] [ Fe O2 ] ( 3 ) +2
+2
;i combinamos las ecuaciones -/ ) ->/ se obtendrá3
2
d [ Fe dt
+3
]
=
K 1 K 2 K 1
+2
[ Fe ] [ ROH ]
1n(ibidores naturales3 %'isten muc(os lavonoides 7ue son antio'idantes promisorios debido a 7ue sus estructuras moleculares avorecen la
4
estabili&aci+n de los radicales libres* %n el caso de los lavonoides ) otros bioenoles inactivan radicales del tipo (iper+'ido, o'íe!nos sin!letes, etc*
obteniéndose un polvo. Luego este polvo de albedo se maceró con alcohol etlico !"#$% durante 4 das. &inalmente, el da de la pr'ctica se (ltró el macerado.
0%E"I%!ES • • • • • • • • • •
Pipetas de mL "atra& %rlenme)er de @EEmL 0iolas de FE mL %spectroot+metro U9#visible !ua destilada GaHo "aría 0e -N2I/@-;=@/@*J2@= =rtoenantrolina Kcido nítrico ;oluci+n de albedo con alco(ol
0E*!12% * Para la preparaci+n de la soluci+n >'E#I" comple.o de (ierro -11/ ortoenantrolina, ;e prepar+ una soluci+n del comple.o (ierro -11/ ortoenantrolina a >'E#I"* Las soluciones de traba.o se prepararon se!$n el Cuadro * Lue!o se sac+ @F mL de alícuota donde se colocaron en vasos de precipitado de FE ml* Posteriormente se a!re!+ E*Fml de ácido nítrico E*EI" a una absorbancia de FEnm* Cuadro ;oluc lícuota i+n de la 5raba soluci+n .o madre de 0e-11/# =enantr olina @I @ @E > @
9olu men inal -mL/
FE FE FE
Concentra ci+n inal -mol*L# *E#F/
I*I @*E *@
@* =btenci+n del e'tracto de albedo de naran.a3 Se retiró el albedo de naranjas, se secaron y se licuaron
>* ='idaci+n del i+n erroso en presencia del e'tracto de albedos de naran.a3 Se )ormaron dos grupos de tres vasos de precipitados de #* ml y se agregaron 2# mL de las soluciones trabajo. +l primer grupo se agregaron *.1 mL del etracto de albedo y al segundo grupo se agregó *.2mL. +mbos grupos )ueron identi(cados como + y -. + todas las soluciones se agregaron *.#mL de /03 *.*4 y se procedió a su lectura.
"ES+!%*S3 5abla * bsorbancias de las soluciones traba.o ;oluci+n traba.o @ >
de E*EJ> E*E> E*E@J
5abla @* bsorbancias de los !rupos ) G* rupo s iemp o +1 +2
+3
-1
-2
-3
0
5
10
15
20
25
30
0,10 1 0.08 4 0.04 7 0.10 9 0.08 8 0.04 7
0.10 2
0.09 7
0.16 3
0.16 3
0.16 5
0.16 4
0.08 0
0.07 9
0.14 4
0.14 5
0.14 5
0.14 2
0.04 6
0.04 3
0. 113
0.118
0. 111
0. 10 8
0.09 8 0.08 1 0.04 3
0.09 9 0.08 3 0.04 6
0.16 4 0.14 9 0.10 9
0.16 6 0.14 7 0.110
0.16 6 0.14 7 0.10 8
0.16 6 0.14 6 0.10 9
*ISC+SIN 4
;e tuvo 7ue cambiar el peso para
#
las soluciones traba.o, pues en traba.os anteriores no se observ+ reacci+n al!una, como el cambio de color -a anaran.ado/ 4 %l cambio de volumen no aecta en las concentraciones de las soluciones traba.o, pues el volumen inal modiicado era proporcional al volumen inal 7ue se mostraba en la !uía* 4 La tabla > nos muestra la relaci+n concentraciones respecto a las dierentes muestras* ;in embra!o, no podemos (acer los cálculos completos pues se necesita de un pro!rama para (acer las ecuaciones* Pero si solo con nuestros datos podemos deducir el eecto de la concentraci+n con la velocidad, pues se sabe 7ue ambos son inversamente proporcionales ) por ende se cumpliría el eector in(ibidor del e'tracto de albeo de naran.a* CNC!+SINES #
Los resultados nos muestran 7ue la presencia de al!unos de los componentes en el e'tracto
crudo de albedos de naran.a siendo así capaces de reducir la velocidad de o'idaci+n del i+n erroso, demostrándose así la in(ibici+n de dic(a o'idaci+n* #
%l e'tracto de albedo de naran.a cumple la unci+n de in(ibidor, pues se puede deducir a una ma)or concentraci+n del comple.o (ierro -11/ oenantrolina la velocidad de la o'idaci+n será menor* # demás el eecto de ma)or in(ibici+n se lo!ra en el 7ue se adicion+ ma)or cantidad de e'tracto de albedo, es decir, E*@ mL de dic(o e'tracto* -I-!I1"%F2% 4 Navas, P M Carras7uero, *@EE8* 1ntroducci+n a la cinética 7uímica3 %ecto de un e'tracto ve!etal sobre el mecanismo de o'idaci+n del 0e -11/*Universidad Peda!+!ica %'perimental Libetador* 9ene&uela* Pá!inas 8#J*
%NE5S C6lculos de los resultados 5el cuadro 1 y tabla 1 podemos calcular la curva de calibración, de esto modo podemos calcular las concentraciones de nuestras muestras medidas6 tomando en cuenta 7ue las concentraciones son las mismas, puesto 7ue se modi(có el volumen (nal para mejorar las medidas de absorbancias. Solución trabajo 1 2 3
8oncentración 14.41*9:# 12.*1*9:# <.21*9:#
+bsorbancia *.*;3 *.*3< *.*2;
&ig. 1 8urva de calibración de las soluciones de trabajo
Absorbancia *.*< *.*; )!% = 4<.32 : *.*1
*.*#
+bsorbancia
*.*4
Linear !+bsorbancia%
*.*3 *.*2 *.*1 * *
*
*
*
*
*
*
*
*
*
5ado 7ue con los valores son muy pe7ue>os, no se puede reali?ar una curva de calibración6 sin embargo con c'lculos manuales, se determinó la ecuación de la curva de calibración@ y = 47.321 x − 0.011 A = 47.3 214 −0.011
5onde@ + @ +bsorbancia 8 @ 8oncentración
iendo ahora nuestra ecuación podemos calcular las concentraciones de las muestras medidas6 gui'ndonos los datos mostrados en la abla 2. abla 3. rupos iempo
0
5
10
15
20
25
30
+1
0.0024
0.0024
0.0023
0.0037
0.0037
0.0037
0.0037
+2
0.0020
0.0019
0.0019
0.0033
0.0033
0.0033
0.0032
+3
0.0012
0.0012
0.0011
0.0026
0.0027
0.0026
0.0025
-1
0.0025
0.0023
0.0023
0.0037
0.0037
0.0037
0.0037
-2
0.0021
0.0019
0.0020
0.0034
0.0033
0.0033
0.0033
-3
0.0012
0.0011
0.0012
0.0025
0.0026
0.0025
0.0025
