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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004Extração e separação de pigmentos do espinafre

A seção “Experimentação no ensino de Química” descreve experimentos cuja implementação e interpretação contribuempara a construção de conceitos científicos por parte dos alunos. Os materiais e reagentes usados são facilmente encontráveis,permitindo a realização dos experimentos em qualquer escola. Neste número a seção apresenta dois artigos.

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EXPERIMENTAÇÃO NO ENSINO DE QUÍMICA

Recebido em 26/8/03, aceito em 10/8/04

Aextração de produtos naturaise sua separação cromatográ-fica podem ser utilizadas para

ilustrar vários fenômenos envolvendointerações moleculares ou forçasintermoleculares. Entretanto, a dificul-dade em encontrar materiais baratose acessíveis muitas vezes desesti-mulou experimentos com essascaracterísticas nas escolas de EnsinoMédio, e isso motivou a busca desoluções criativas (Oliveira et al.,1998; Seleghini e Ferreira, 1998). Naextração e separação dos pigmentosdo espinafre (Mackenzie, 1971), osmateriais alternativos que usamosforam removedor de ceras doméstico(na extração e também como eluentedo sistema cromatográfico) e açúcarcomercial (como fase estacionáriapara cromatografia em coluna).

Uma coluna cromatográfica clás-sica é constituída basicamente poruma fase estacionária, empacotadaem um tubo, e uma fase móvel oueluente. A separação de uma misturaem um sistema cromatográfico de-pende das interações que ocorrementre os componentes da mistura eas fases estacionária e móvel. Quan-

Sebastião F. Fonseca e Caroline C.S. Gonçalves

Este artigo descreve um experimento que envolve a extração de pigmentos do espinafre, utilizando removedorde ceras doméstico, e a separação dos pigmentos em uma coluna de açúcar comercial de forma rápida erelativamente eficiente, usando materiais acessíveis. O experimento pode ser executado em uma aula de 50minutos, embora exija um período adicional para a discussão adequada dos fenômenos envolvidos.

pigmentos naturais, cromatografia em coluna, açúcar comercial

do apresentam interações diferentes,os constituintes de uma amostra po-dem ser separados, em princípio, porcromatografia em coluna ou outrométodo cromatográfico (Collins et al.,1997).

Materiais

Extração• 15 g de espinafre (5-6 folhas)• 10 mL de removedor de ceras• 5 mL de acetona comercial (re-

movedor de esmaltes)• 0,3-0,5 g de sal de cozinha• Recipiente de vidro Pyrex®

• “Pistilo” de madeira• Proveta de 10 mL (ou outro reci-

piente graduado)• Béquer de 50 mL (ou recipiente

compatível)• Pipeta de Pasteur e chupeta de

látex (ou conta-gotas)

Coluna cromatográfica• 50 mL de removedor de ceras• 16-18 g de açúcar refinado• Tubo de vidro de 1,8-2,0 cm de

diâmetro, 30 cm de comprimen-to, com uma das extremidades

“afilada” (ou bureta de tamanhocompatível)

• Algodão• Vareta de madeira• Tubo de látex de 5-6 cm• Pinça• Funil de boca larga• Pedaço de mangueira para gás

Aplicação da amostra• 5 mL de removedor de ceras• Pipeta de Pasteur e chupeta de

látex (ou conta-gotas)• Frasco de Erlenmeyer de 50 mL

(ou frasco compatível)

Desenvolvimento da coluna• 10 frascos de penicilina de 8 mL

limpos e secos• 100 mL de removedor• 50 mL de solução removedor-

acetato de etila 25%• Removedor de ceras contendo

25% de acetato de etila comer-cial (diluente ou removedor deesmaltes, que pode conter eta-nol ou acetona)

• Filme de polietileno (tipo Magi-pak®)

Parte experimental

ExtraçãoCortar em pedaços pequenos 5-6

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folhas de espinafre fresco (cerca de15 g), colocar em um recipiente devidro resistente (Figura 1), adicionarcerca de 5 mL de acetona e 10 mLde removedor e prensar o materialcom um pistilo de madeira durante al-guns minutos. Transferir o líquidoresultante para um béquer e retirar afase aquosa com pipeta de Pasteur.Adicionar à fase orgânica (removedor/extrato) uma pequena quantidade desal de cozinha (uma camada fina nofundo do recipiente) para eliminar aágua residual.

Montagem da coluna cromatográficaUtilizar uma bureta de volume

compatível ou tubo de vidro de 1,8-2,0 cm de diâmetro e cerca de 30 cmde comprimento com um “afilamento”em uma das extremidades (Figura 1),introduzir um chumaço pequeno dealgodão e pressionar com uma varetapara fixá-lo. Colocar na ponta do“afilamento” da coluna um pedaço detubo de látex de 5-6 cm e improvisaruma torneira, com uma pinça. Colocarna coluna, com a torneira fechada eutilizando um funil, o removedor, dei-xando um volume “morto” (sem sol-vente) de 6-8 cm. Com um funil deboca larga, despejar sobre o remo-vedor, de forma contínua, 15-18 g deaçúcar comum refinado sem “gru-mos”. Após a adição de todo o açú-car, para melhorar o empacotamento,bater suavemente na coluna com umpedaço de mangueira para gás.

Antes de realizar a próxima etapaseparar e numerar 10 frascos depenicilina de 8 mL limpos e secos.

Aplicação da amostraDepois do empacotamento da

coluna, escoar o eluente até 3-5 mmacima da superfície da sacarose (Fi-gura 1). Com a torneira fechada apli-car a solução de extrato/removedorno topo da coluna, com pipeta dePasteur, deixando a solução escorrerlentamente pela parede do tubo devidro. Após a aplicação da solução,escoar o solvente para um frasco deErlenmeyer até o nível da solução ficara 3-5 mm acima da superfície do açú-car. Adicionar com pipeta de Pasteurcerca de 5 mL de eluente (remove-dor) e repetir a operação anterior (Fi-

gura 2). Antes deoutras adições desolvente, introduzirna coluna um pe-queno chumaçode algodão, semtocar a sacarose.Completar com re-movedor o volumerestante da coluna.

Desenvolvimentoda coluna

Após a adiçãodo eluente, comescoamento ade-quado, coletar asfrações (2/3 do volume do frasquinhode penicilina), completando o volumede eluente e sem deixar a coluna secar(Figura 2). Após a coleta das fraçõesda primeira faixa colorida, não colocarmais eluente na coluna e deixar a alturado líquido chegar a 1,0 cm acima dafase estacionária. Completar o volumeda coluna, com cuidado, com umasolução de removedor de cerascontendo 25% de acetato de etilacomercial. Proceder a coleta dasfrações da segunda faixa colorida atéa eluição completa (Figura 3).

Comparar o conjunto de fraçõescoletadas, registrar o eluente de cadauma das faixas e fechar os frasqui-nhos usando filme de polietileno.

Resultados e discussãoO extrato de folhas de espinafre

foi obtido por maceração com remo-vedor de ceras doméstico (constituí-do de hidrocarbonetos de cadeia lon-ga como o dodecano, Figura 4) e umpouco de acetona comercial. A faseaquosa, contendo acetona, foi sepa-rada e a fase extrato/removedor foi“secada” com sal de cozinha durantealguns minutos e aplicada no topo dacoluna cromatográfica. A fase esta-cionária usada no experimento foiaçúcar comercial refinado, sacarose,uma substância poli-hidroxilada (Fi-gura 5), e a fase móvel (eluente) inicialutilizada foi o removedorusado na extração.

Após a aplicação daamostra na coluna, adiçõessucessivas de porções deremovedor permitiram a

Figura 1: Espinafre, extrato, coluna de açúcar e removedor.

Figura 2: Separação do extrato de espina-fre na coluna de açúcar.

Figura 3: Frações da cromatografia emcoluna do extrato de espinafre.

Figura 4: Duas representações estruturais do dode-cano.

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eluição dos pigmentos amarelos,constituídos principalmente de β-caroteno (I) e xantinas, ou xantofilas,relacionadas (II) - Figura 6. Para a

eluição dos pigmentos verdes[clorofila a, C55H72MgN4O5 (III);clorofila b, C55H70MgN4O6 (IV) - Figura7], foi necessária a adição deremovedor contendo 25% de acetatode etila comercial.

O β-caroteno (I), um hidrocarbo-neto insaturado, mostrou interaçõesmais efetivas com o removedor(eluente, fase móvel) que com a saca-rose (fase estacionária). As xantinas(II), ou xantofilas, apesar dos gruposhidroxila, possuem uma cadeia car-bônica relativamente longa responsá-vel pela pouca afinidade com a saca-rose. Por outro lado, as estruturas dasclorofilas a e b (III e IV, Figura 7), apre-sentam um metal (magnésio) nocentro de uma porfirina, V (uma subs-tância que contém quatro unidadesligeiramente modificadas de pirrol, VI)e favorecem interações mais fortescom a fase estacionária. Isso exigiu a

Figura 7: Estruturas da clorofila a (III), da clorofila b (IV), de uma porfirina (V) e do pirrol(VI).

Figura 5: Duas representações estruturaisda sacarose.

Figura 6: Estruturas do β-caroteno (I) e de uma xantina ou xantofila (II).

utilização de um eluente mais polar,contendo acetato de etila, para a elui-ção completa daqueles pigmentos dafaixa verde/verde-amarelada.

Desta maneira, a separação dospigmentos foi rápida, eficiente, comum intervalo nítido entre as duas fai-xas coloridas, devido às diferençasdas afinidades e das interações dosconstituintes do extrato com as fasesestacionária e móvel do sistemacromatográfico. Os frascos contendoas frações coletadas, as quais sãosensíveis ao calor, ao ar e à luz, fo-ram fechados com filme de polietilenoe guardados em geladeira.....

Para um esclarecimento adequa-do da separação é necessário um tra-balho adicional enfocando polaridadede ligações covalentes e forças inter-moleculares relacionadas (Allinger etal., 1976; Carey, 1996). Outra aborda-gem que o experimento permite é so-bre as cores das substâncias separa-das, envolvendo sistemas conjuga-dos e a presença de metais em nú-cleos porfirínicos.

Considerações finaisA extração de folhas de espinafre

com removedor doméstico foi eficien-te e forneceu um extrato que foi sepa-rado facilmente da fase aquosa. Autilização do removedor tambémcomo eluente permitiu a separaçãodos pigmentos amarelos do extrato,enquanto que os pigmentos verdessó foram eluídos com uma soluçãode removedor contendo 25% de ace-tato de etila. A separação dos pig-mentos foi rápida e monitorada peladiferença de cor, não sendo utilizadaoutra técnica cromatográfica, e podeser realizada em um período normalem sala de aula.

O experimento foi demonstrado noI SIMPEQ (I Simpósio de Profissionaisdo Ensino de Química), realizado em10 e 11 de novembro de 2001 no Ins-tituto de Química da Unicamp e apre-sentado na 25ª Reunião Anual daSBQ, realizada em 20-23 de maio de2002 em Poços de Caldas - MG,tendo bom impacto nos dois eventos.

O experimento descrito permite eexige a abordagem de vários concei-tos para a compreensão dos fenôme-nos envolvidos e, com essas

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Abstract: Extraction of Pigments from Spinach and Separation in Commercial-Sugar Column - This article describes an experiment that involves the extraction of pigments from spinach, using adomestic solvent of wax, and the separation of the pigments in a commercial-sugar column in a fast and relatively easy way, using easily accessible materials. The experiment can be carried out ina 50-minute class, though it requires an additional period for the discussion of the involved phenomena.Keywords: natural pigments, column chromatography, commercial sugar

ReferênciasALLINGER, N.L.; CAVA, M.P.; DE

JONGH, D.C.; LEBEL, N.A. e STEVENS,C.L. Química Orgânica. Trad. R.B. deAlencastro. Rio de Janeiro: GuanabaraDois, 1976.

CAREY, F.A. Organic chemistry. NovaIorque: Mc Graw-Hill, 1996.

COLLINS, C.H.; BRAGA, G.L. e BO-NATO, P.S. Introdução a métodos cro-matográficos. Campinas: Editora da Uni-camp, 1997.

OLIVEIRA, A.R.M.; SIMONELLI, F. e MAR-QUES, F.A. Cromatografando com giz eespinafre: Um experimento de fácil repro-dução nas escolas do Ensino Médio. Quí-mica Nova na Escola, n. 7, p. 37-38, 1998.

características, poderá despertar aatenção de professores e alunos doEnsino Médio para a Química Orgâ-nica e para a Química de ProdutosNaturais.

AgradecimentosAos Grupos de Ensino de Química

do Instituto de Química da UNICAMP,pelo apoio e o incentivo.

Sebastião Ferreira Fonseca (sfonseca@iqm.unicamp.br), licenciado em Química pela Universidade Fede-ral do Paraná (UFPR), mestre em Química Orgânicae doutor em Ciências pela Universidade Estadualde Campinas (Unicamp), é docente do Instituto deQuímica da Unicamp. Caroline Costa da Silva Gon-çalves, bacharel em Química pela Unicamp, é pós-graduanda em Química Orgânica no Instituto de Quí-mica da Unicamp.

MACKENZIE, C.A. Experimental or-ganic chemistry. Englewood Cliffs:Prentice-Hall, 1971.

SELEGHINI, R.M.S. e FERREIRA, L.H.Preparação de uma coluna cromatográ-fica com areia e mármore e seu uso naseparação de pigmentos. Química Novana Escola, n. 7, p. 39-41, 1998.

Para saber mais

BRAZ-FILHO, R. Química de ProdutosNaturais: Importância, interdisciplina-ridade, dificuldades e perspectivas.Química Nova, v. 17, p. 405-419, 1994.

HARBORNE, J.B. Phytochemicalmethods. Londres: Chapman & Hall,1963.

Nota

In memoriamReinaldo Carvalho Silva (1950-2004)

Sólido conhecimento, visão deprocesso e histórica. Clareza nos con-ceitos e objetivos fundamentais. Es-tratégias didático-pedagógicas ade-quadas. A dose certa de rebeldia ecriatividade. Compreensão, carinho,amor. Para aqueles que tiveram oprazer de desfrutar de suas aulas,poucos sintetizaram de modo tãocompleto essas qualidades como onosso querido Rei, o professorReinaldo Carvalho Silva, recente-mente falecido. Reinaldo começousua carreira na Escola Técnica Fe-deral de Química do Rio de Janeiro.Sua aptidão para o ensino era tal que,ainda durante o curso técnico, foichamado a ser instrutor. Seu encantopela Química transbordava, sendoimpossível, ao seu lado, não se deixarenvolver por esse encantamento.Ousou duvidar da eficácia do ensinotradicional, em um tempo em quepouco ou nada se discutia comoalternativa. Trouxe para a sala de aulaexperiências inovadoras. Entendia (epraticava) o papel do professor comoum facilitador e estimulador da apren-dizagem, e não como um depositário

do saber. Inconformado com a esteri-lidade dos livros didáticos de então,buscou alternativas, e hei-lo traba-lhando com o Cotton-Lynch, realizan-do o experimento da vela. Trazia aosseus alunos os conceitos mais recen-tes, e vejo-o agora lhes apresentandomecanismos de reação, em contrastecom a Química Orgânica descritiva daépoca. Naturalmente, essa sem ceri-mônia em espalhar seu interesse portodas as áreas da Química traziaatritos com colegas presos a modelostradicionais. Mas, saudáveis atritos,que levavam a discussões mais siste-máticas e envolventes do ensino deQuímica. Experimentalista de invejá-vel técnica, fazia da mais simplestitulação uma operação artística.Ressuscitando velhos equipamentosjogados no fundo do laboratório,introduziu as primeiras aulas de aná-lise instrumental da Escola, o quelevou, mais tarde, a um laboratóriocompleto.

Mudou-se para Florianópolis em1992, tornando-se professor doCEFET-SC, orientando ali inúmerosprojetos com seus alunos. Sua dedi-cação ao Ensino Médio levou-o aadiar, inúmeras vezes, sua pós-gra-

duação, que terminou por acontecerna UFSC. Brilhante, passou direto domestrado para o doutorado, concluí-do em Eletroanalítica. Tal como na suagraduação, na UERJ, era um orien-tador informal dos colegas e, com sualógica simples e precisa, ajudava adescortinar a saída dos problemasmais diversos. É autor de artigos emQuímica Nova na Escola, o maisrecente no n. 19.

Bem, fica a alegria de tê-lo conhe-cido, seu exemplo inspirador e umagrande saudade.

Reinaldo Calixto de CamposPUC-Rio