Extracción Y Purificación DEL Limoneno PDF

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Informe Quimica Organica...

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EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE LIMONENO

Integrantes Bernal, Rocio Diaz, Analia Henestroza, Valeria Trindades, Gilda Peralta Vecchi, Suyai

Docentes Viera, Liliana Frassanito, Bruno Bianchi, Paola

QUÍMICA ORGÁNICA IA

Resumen El objetivo de este trabajo es extraer el aceite esencial de la cáscara (pericarpio) de naranja,

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específicamente de los flavedos, por el método de destilación por arrastre de vapor de agua y purificar uno de los componentes presentes en dicho aceite, el Limoneno, por medio de una extracción inerte haciendo posteriormente un análisis por cromatografía en capa delgada y un ensayo de caracterización.

Palabras clave Pericarpio - Limoneno - Flavedo - Aceite esencial - Destilación por arrastre de vapor de agua Extracción y purificación de limoneno - Terpeno

Introducción

Los aceites esenciales son mezclas complejas de sustancias que proporcionan sabor y aroma a innumerables alimentos, aunque también son usados en la industria de la cosmética y farmacéutica. Estas fracciones líquidas son productos volátiles del metabolismo secundario de las plantas aromáticas. Gran parte de estos aceites son evaporados por las plantas a la atmósfera, efecto que se ve reflejado en los aromas característicos de cada especie, que muchas veces percibimos y lo cual no constituye características de contaminante y generalmente son destilables por arrastre de vapor con agua. Entre los aceites esenciales más difundidos se encuentra el del limón, siendo la Argentina uno de sus mayores productores en el mundo. El limoneno es una sustancia natural que se extrae de los cítricos tales como pomelo, mandarina, naranja y limón y en algunas variedades de eneldo y menta, siendo el limón y la naranja la fuente natural más usada. Los aceites esenciales que le dan origen se forman en las estructuras vegetales que contienen clorofila, y al crecer la planta son transportadas a otros tejidos. En los frutos se sitúa en sacos de forma ovalada en el pericarpio o en la porción coloreada de la cáscara, y actúa como barrera tóxica natural contra varios microorganismos e insectos. El limoneno se encuentra conformando un 90% del aceite esencial en las naranjas, mientras que en los limones conforma solo un 65%. En cuanto a su estructura el Limoneno es un hidrocarburo cíclico ramificado, específicamente un cicloalqueno, cuyo nombre según la nomenclatura IUPAC sistemática es 4-isopropenil-1metilciclohexeno. Es un derivado terpénico. Los terpenos son estructuras orgánicas que son múltiplos de la unidad de isopreno, un hidrocarburo de 5 átomos de carbono y un doble enlace, que se repite en uniones cabeza-cola. El limoneno posee un centro quiral, concretamente un carbono asimétrico, que genera los isómeros R-limoneno presente en las naranjas y S-limoneno presente en los limones y le proporcionan a estos su aroma y colores característicos. Nuestro olfato los discrimina con facilidad porque dichos isómeros se acoplan a receptores distintos.

Características generales

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PROPIEDADES FÍSICAS DEL

4-isopropenil-1-metilciclohexeno

LIMONENO Fórmula molecular

C10H16

Masa molecular

136,23 g/mol

Densidad relativa (agua = 1)

0,84 g/mol

Menos denso que el agua pero más viscoso.

Punto de ebullición

178°C

Punto de fusión

-74°C

Solubilidad en agua a 25°C

Muy escasa.

Presión de vapor

2 mmHg

Punto de inflamación

48°C

Temperatura de autoignición

237°C

Aspecto

Líquido Incoloro de olor característico.

Toxicidad

No presenta toxicidad en bajas

El producto de oxidación del

concentraciones.

limoneno (la carvona) es tóxico.

RIESGO DE EXPOSICIÓN

Irritación leve en ojos, piel y tracto

REPETIDA

respiratorio.

ALMACENAMIENTO

Mantener en lugar fresco, seco y bien ventilado, fuera de la exposición a la luz solar directa y el envase perfectamente cerrado para evitar su oxidación.

El limoneno se emplea para la elaboración de saborizantes, aromatizantes como dulces, chicles, especias, bebidas, licores, perfumes, artículos de aseo, y como materia prima para productos farmacéuticos y en la síntesis orgánica. A partir del limoneno se pueden sintetizar una variedad de productos o intermediarios de otras transformaciones. El limoneno se presenta como un solvente amigable con el medio ambiente con lo cual aparece como la solución a la utilización de solventes orgánicos volátiles, todos peligrosos y contaminantes, hasta ahora ampliamente utilizados en industrias y laboratorios. También es utilizado como insecticida para el control de plagas porque no es perjudicial para la salud, como desengrasante de piezas mecánicas, en disolventes de resinas, pigmentos, tintas, en la fabricación de adhesivos, etc.

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Según la variedad del material vegetal, parte de la planta a emplear y estabilidad del aceite esencial que se pretenda obtener, se emplean diversos procedimientos físicos y químicos de extracción, donde su correcta aplicación será lo que determine la calidad del producto final. Existen variadas técnicas para la extracción de Aceites Esenciales algunas de ellas son: expresión, destilación por arrastre de vapor de agua, extracción con solventes volátiles y enfleurage. En la expresión o presión en frío, el material vegetal es sometido a presión mecánica, siendo aplastado, liberando el aceite esencial. Consiste en un método antiguo de extracción. Luego el mismo es recolectado y filtrado. Con este método se obtiene un aceite de menor calidad. En la destilación por arrastre con vapor de agua, la muestra vegetal es cortada en trozos pequeños, es introducida en una cámara y sometida a una corriente de vapor de agua sobrecalentado, la esencia es arrastrada y posteriormente condensada, recolectada y separada de la fracción acuosa. Esta técnica es muy utilizada especialmente para esencias fluidas, como las utilizadas en perfumería. Se utiliza a nivel industrial debido a su alto rendimiento, también por la pureza del aceite obtenido y porque no requiere tecnología sofisticada.

En el método de enfleurage, el material vegetal (generalmente flores) es puesto en contacto con un aceite vegetal o animal. La esencia es solubilizada en el aceite vegetal que actúa como vehículo extractor. Se obtiene inicialmente una mezcla de aceite esencial y aceite vegetal la cual es separada posteriormente por otro medios físico-químicos. Esta técnica es empleada para la obtención de esencias florales (rosa, jazmín, azahar, etc.), pero su bajo rendimiento y la difícil separación del aceite extractor la hacen costosa.

En la extracción con solventes volátiles, la muestra seca y molida se pone en contacto con solventes tales como alcohol, cloroformo, etc. Estos solventes solubilizan la esencia pero también solubilizan y extraen otras sustancias tales como grasas y ceras, obteniéndose al final una esencia impura. Se utiliza a escala de laboratorio pues a nivel industrial resulta costoso por el valor comercial de los solventes, porque se obtienen esencias impurificadas con otras sustancias, y además por el riesgo de explosión e incendio característicos de muchos solventes orgánicos volátiles. Algunos disolventes utilizados en este método tienen restricciones en cuanto a los residuos máximos que pueden dejar cuando los aceites son materia prima para alimentos o perfumes.

Materiales

Sustrato Cáscara de cinco naranjas

Reactivos/Solventes Agua destilada Diclorometano

Material de vidrio Balón de 2 y 3 bocas Alargadera

Otro elementos Soporte universal Pinzas de nuez

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Sulfato de Sodio anhidro Sc Br2/CCl4 al 2 % Sc KMnO4 al 2 % Acetona Sc Br2/H2O al 1 % Etanol Tetracloruro de carbono Sc de 2,4dinitrofenilhidracina H2SO4 (cc) Sc ácida de KMnO4

Kitasato Probeta Vaso de precipitado Erlenmeyer Tubos de ensayo Refrigerante Ampolla de decantación Capilares Pipetas

Anillos de hierro Mechero Tela metálica Mangueras Tapones Termómetro Embudo Cuchillo Cuchara Placa de sílica Rotavapor Cuba cromatográfica Pinzas metálicas Guantes Lentes de seguridad Guardapolvo

Procedimiento Se realizará la extracción de Limoneno a partir de la cáscara Naranja, ya que el aceite esencial de la misma tiene como componente mayoritario al Limoneno en, aproximadamente, un 90%, y en menor proporción el resto de los componentes. Para realizar la extracción utilizaremos la técnica de “destilación por arrastre de vapor de agua”. Una vez obtenido el destilado realizaremos una “extracción inerte” para separar la fase orgánica, que contiene al limoneno y la fase acuosa. Finalmente se hará una “ cromatografía en capa delgada” para comprobar la pureza del limoneno y una “caracterización del compuesto”. Elegimos la técnica de destilaciòn por arrastre de vapor de agua porque se trata de un procedimiento sencillo y de bajo costo, además, porque es una técnica que se utiliza para separar justamente aceites esenciales de su fuente natural. También porque nuestro compuesto cumple con los requisitos de la técnica, es decir, la sustancia a destilar posee un elevado punto de ebullición, es insoluble en agua y ligeramente volátil. Como los aceites cuentan con gran peso molecular sino se realizara un método con vapor se necesitaría gran cantidad de energía y tiempo para calentar dichos aceites exponiendo a la muestra a descomponerse. Como el aceite esencial tiene una densidad menor que el agua, el vapor arrastrara al mismo y al pasar por el condensador los vapores se enfrían, condensan y se transforman en un líquido turbio.

Preparación de la muestra

Una vez armado el aparato de destilación se debe preparar el sustrato a destilar. Primero se deben lavar las naranjas con gran cantidad de agua para quitar cualquier suciedad que pueda afectar a la composición del aceite esencial. Después se deben secar para evitar que el agua en la cáscara afecte el proceso de extracción. Luego se quita la cáscara de naranja con un cuchillo y con una

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cuchara de sopa se quita la parte blanca (Albedo) que lleva adherida la cáscara, con cuidado de no romper las vesículas que comenzarán a visualizarse debajo de la zona blanca, estas vesículas se conocen como Flavedo y es donde se encuentra el aceite esencial. Aproximadamente se utilizaran 500 gr de cáscara limpia. Finalmente las cáscaras peladas serán cortadas en pequeños trozos. No es conveniente almacenar mucho tiempo las cáscaras peladas debido a que puede producirse pérdida y deterioro de la calidad y el rendimiento del aceite, por evaporación, oxidación enzimática u otros procesos de degradación.

Destilación

Procedemos a incorporar los solventes y sustratos en el aparato de destilación. En el primer matraz, que contiene debajo el mechero, se coloca el agua destilada, según cálculos realizados se estima que utilizaremos 66,14ml para destilar 500 g de cáscara, de todas maneras para lograr un arrastre completo utilizaremos 150ml y luego calcularemos el porcentaje de eficiencia logrado. En el otro matraz los trozos de cáscara. Se enciende el mechero y se calienta el agua hasta su punto de ebulliciòn. La temperatura se deberá mantener constante durante el transcurso de la destilación y se deberá controlar el volumen de agua. Los vapores de agua obtenidos circularán hacia el matraz que contiene las cáscaras, provocando que los aceites esenciales difundan desde las membranas de la célula hacia fuera. Una vez que los vapores lleguen al refrigerante condensarán, obteniendo así 3.1ml (aprox.) de un líquido turbio que será recolectado en un erlenmeyer.

Durante el procedimiento se debe verificar que en los tubos conectores no quede agua condensada porque si sucede esto los vapores regresarían al matraz y no se haría efectiva la destilación o se destilaría poco. Para evitar esto hay que mantener con calor dichos tubos conectores.

Extracción Con el destilado obtenido se procede a realizar una extracción inerte. En la extracción de aceites esenciales, existen algunos disolventes que tienen un límite máximo de residuos que pueden dejar en los productos, en el caso del limoneno es de 0.02 ppm. Esta técnica se basa en el fenómeno de partición, que indica una disolución selectiva, es decir que una sustancia se distribuye de acuerdo a su solubilidad entre dos fases líquidas inmiscibles. El diclorometano es un solvente orgánico que solubiliza mejor al limoneno que el agua, al mismo tiempo resulta inmiscible con esta por lo tanto se puede llevar a cabo una extracción inerte. Sin embargo posee una elevada toxicidad por lo cual es recomendable trabajar bajo campana, utilizar guantes de pvc, gafas de seguridad y ropa de trabajo adecuada que evite el contacto con el producto. Para realizar la extracción, se coloca el destilado en una ampolla de decantación, luego se procede a agregar entre 5 y 10 ml de diclorometano agitando y dejando reposar hasta que las fases

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se separen. Dado que el diclorometano tiene una densidad mayor que la del agua (densidad del CH2Cl2 1,326 g/ml, densidad del agua 1g/ml) la fase orgánica quedará en la parte inferior, mientras que la fase acuosa quedará en la parte superior. Se decanta y se pasa el aceite en el recipiente, agregando luego 0,5 gr. de sulfato de sodio anhidro. Se filtra la disolución en un recipiente previamente pesado y se evapora el solvente con un baño de vapor. Se pesa nuevamente el matraz con el limoneno y se mide el volumen.

CCD Luego de realizar la extracción inerte, para comprobar si (R)-limoneno se encuentra impuro se realiza una cromatografía en capa delgada utilizando (R)-limoneno como patrón. En la placa cromatográfica de sílica gel se marca con lápiz una línea a 1cm del borde inferior sobre la cual se sembrará la muestra obtenida. Se coloca la placa sembrada en una cuba previamente saturada con el vapor del solvente de elución, que en este caso será diclorometano, el cual puede estar mezclado con metanol al 10% para obtener una mejor resolución, y se deja eluir hasta aproximadamente, un cm antes de que el solvente de elución alcance el borde superior de la placa.. Luego se saca la placa de la cuba y se deja evaporar el solvente. Si no se encuentra (R)-limoneno puro por la aparición de más de una mancha, se realiza una cromatografía en columna para lograr terminar de purificar (R)-limoneno. Si en la cromatografía de capa delgada se obtiene una sola mancha se podría tratar de (R)limoneno puro. Para comprobar se puede realizar un ensayo de caracterización para dobles enlaces. En caso de ser necesario realizar cromatografía en columna, se utilizará una fase estacionaria de sílica gel, y para el armado y siembra de la columna diclorometano, ya que es el menos polar y mantiene más retenidos todos los compuestos. Para la corrida, se utilizará una mezcla de diclorometano con metanol al 5%, para hacer que el solvente sea más polar, pero no tanto, permitiendo al compuesto eluir lentamente. Al compuesto obtenido en la cromatografía en columna se le realiza nuevamente una CCD para corroborar la presencia de impurezas. Una vez más, si se observa más de una mancha debe realizarse otra cromatografía en columna, y si sólo se observa una, un ensayo de caracterización.

Caracterización Para comprobar la presencia de los dobles enlaces del limoneno puede realizarse una pequeña prueba con solución de bromo, para ello se vierten 0,5 ml de tetrahidrofurano en un tubo de ensayo, se adicionan 2 o 3 gotas de la sustancia a analizar, se mezcla hasta disolver, se agrega gota o gota una solución al 2% de bromo líquido en tetracloruro de carbono. Esto prueba la existencia de los dobles o triples enlaces y es positiva cuando la solución se vuelve incolora, el rojo-café del bromo desaparece cuando se adiciona a un compuesto con doble enlace C=C ya que se forma un compuesto hidrohalogenado que generalmente es transparente. Cabe aclarar que tal procedimiento

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no se puede utilizar cuando existen sistemas conjugados. Otra prueba de caracterización similar consiste en utilizar el reactivo de Baeyer. En este caso se adiciona a un tubo de ensayo 0,5 ml de acetona libre de alcohol, se agregan 2 o 3 gotas de la sustancia a analizar, se mezcla hasta disolver, se agrega gota o gota una solución de permanganato de potasio al 1%. Esta prueba es positiva cuando la solución se decolora y aparece un precipitado color marrón que indica formación de óxido de manganeso. Para hidrocarburos aromáticos se puede recurrir a la prueba de agua de bromo. La cual consiste en colocar en un tubo de ensayo 5 gotas de la sustancia a analizar, adicionar una pequeña cantidad de etanol, luego agregar gota a gota agua de bromo al 1 % y agitar enérgicamente. La prueba es positiva cuando persiste el color de la solución agregada y se observa la formación de un precipitado. En nuestro caso en particular esperamos obtener resultados positivos en los ensayos con bromo en tetracloruro de carbono y con el reactivo de Baeyer; mientras que para el ensayo del agua de bromo resultados negativos. En caso de presencia de impurezas como alcoholes es conveniente utilizar el ensayo de oxidación con permanganato de potasio. Para esto se prepara una solución ácida de permanganato de potasio (Sc saturada de KMnO4 en H2SO4 4N). En un tubo de ensayo se colocan 5 gotas de la sustancia a analizar, se adiciona 1 ml de dicha solución y se mezcla. Esta prueba es positiva sólo para alcoholes primarios y secundarios. los primarios se oxidan a aldehídos y los secundarios a cetonas. En ambos casos darán un precipitado color marrón debido a la presencia de dióxido de manganeso. En cuanto a los posible presencia de aldehídos la caracterización consiste en utilizar como reactivo una solución de 2,4-dinitrofenilhidracina. La prueba consiste en colocar en un tubo de ensayo 2 ml de la solución mencionada, agregar 2 o 3 gotas de la sustancia a analizar y mezclar. Será positiva si se visualiza un precipitado amarillo o rojizo.

Cronograma del protocolo de trabajo

Laboratorio

Tareas a realizar

Día 1

Obtención de la muestra. Armado del equipo de destilación. Destilación de la muestra. Obtención del destilado.

Día 2

Armado del equipo de extracción. Extracción inerte de la muestra. Lavados, secado con ag desecante y filtración de la muestra. Evaporación del solvente en la muestra mediante rotavapor.

Día 3

Armado del equipo de cromatografía en CCD. Corrida cromatográfica. Secado y revelado. Observación y evaluación de los resultados.

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Día 4

Ensayos de caracterización. Observación y evaluación de los resultados. Repetición o no de algún proceso con resultados no esperados.

Día 5

Conclusiones del trabajo realizado. Presentación del trabajo escrito terminado.

Cálculos

masade limoneno masa de agua

¿

136,23 g/mol = 7,56 (por cada 7,56 partes de peso de limoneno 18,02 g/mol

destilara una parte de agua) Se calcula la cantidad de agua necesaria para destilar 500 gr de cáscara de naranja (90% de limoneno):

x=

500 g 7,56

¿ 66,14

Bibliografía ●

http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v77n162/a10v77n162.pdf

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http://es.slideshare.net/CalexisIbal/prctica-de-aromtica-vii

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http://webcache.googleusercontent.com/search? q=cache:http://web.usach.cl/ima/Curso_Quimica_Ambiental/Limoneno%2520y %2520proyectos%2520posibles.doc&gws_rd=cr&ei=k2g1VprlNMW7wASOr6vIAQ

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http://www.uamenlinea.uam.mx/materiales/quimica/GARCIA_SANCHEZ_MIGUEL_A NGEL_Manual_de_practicasquim_orgI.pdf

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http://www.ud...