Universidad del Quindío Faculta de Ciencias Básicas y Tecnologías Programa de Química
Práctica de laboratorio Nº 1 Aislamiento-Derivatización de Cafeína
Presentado por: Ubeiden Cifuentes Samboni
Presentado al Profesor: M.Sc. Fernando Agudelo A. Fitoquímica II
Armenia-Quindío 19 agosto del 2014
Introducción
La cafeína es un alcaloide identificado como 1,3,7-trimetilxantina, cuya estructura contiene un esqueleto de purina (Figura 1). Este alcaloide se encuentra en grandes cantidades en las semillas de café y las hojas de té verde. También se puede dividir en otros productos vegetales, en especial en el cacao, el guaraná y la hierba mate. Aunque una pequeña porción de la población consume cafeína en forma de fármacos, por ejemplo, gripe, gran parte de este alcaloide se ingiere en forma de bebidas. Una taza de café puede contener en promedio alrededor de 80 mg de cafeína, mientras que una lata de refresco de cola contiene alrededor de 34-41 mg.
La cafeína es uno de los alcaloides ingeridos más la actividad biológica planeta. Presenta diversa acción farmacológica resultante, entre otros efectos, cambios en el sistema nervioso central, sistema cardiovascular y la homeostasis del calcio. Los efectos de la cafeína sobre el comportamiento humano han sido estudiados desde hace algunas décadas. Estos efectos pueden ser descritos mayor estado de alerta y reduce la fatiga, con mejoría concomitante en la realización de actividades que requieren una mayor vigilancia. Por el contrario, el consumo de cafeína puede afectar negativamente el control motor y la calidad del sueño, y la causa irritabilidad en los individuos con signos de ansiedad.
Algunos metabolitos de las plantas, tales como las contenidas en aceites esenciales son muy adecuados para el análisis po GC / MS sin derivatización (Jennings y Shibamoto, 1980; Adams, 2001). Sin embargo, la derivatización química (Knapp, 1979; Blau y King, 1977; Blau y Halket, 1993) es por lo general requerida para reducir las polaridades de los grupos funcionales, facilitar su separación por GC y pueden influir en su propiedades espectrales de masas (Halket, 1993).
Reacciones de derivatización están destinadas a transformar un analito para la detectabilidad en Cromatografía de Gases (GC) u otros métodos analíticos instrumentales. La derivatización en el análisis de GC se puede definir como una técnica de procedimiento que modifica principalmente la funcionalidad de un analito a fin de las separaciones cromatográficas. Un analito modificado en este caso será el producto, que se conoce como el derivado. El derivado puede tener una estructura similar o estrechamente relacionados, pero no el mismo que el compuesto original. La volatilidad de la muestra es un requisito para el análisis de GC. La derivatización hará que los materiales altamente polares para ser suficientemente volátil para que puedan ser eluidos a temperaturas razonables sin descomposición térmica (Knapp, 1979) o reordenamiento molecular (Kühnel et al, 2007; Blau y King 1979). La comprensión de la química de los analitos, la derivatización de los reactivos utilizados en la preparación de muestras, y la funcionalidad detallada de la cromatografía de gases son importantes para obtener resultados fiables. Para el análisis de GC, los compuestos que contienen grupos funcionales con hidrógenos activos, tales como-SH,-OH,-COOH y NH son de principal preocupación debido a la tendencia de estos grupos funcionales para formar enlaces de hidrógeno intermoleculares (Zaikin y Halket, 2003). Estos enlaces de hidrógeno intermoleculares afectan a la volatilidad inherente de los compuestos que los contienen, su tendencia a interactuar con materiales de empaquetado de la columna y su estabilidad térmica (Sobolevsky et al., 2003). Desde GC se utiliza para separar compuestos orgánicos volátiles, la modificación del grupo funcional de una molécula por derivatización permite el análisis de compuestos que de otra manera no pueden ser supervisados fácilmente por GC. Proceso de derivatización aumenta o disminuye la volatilidad del compuesto de interés. También reduce la adsorción del analito en el sistema de GC y mejora la respuesta del detector, las separaciones de pico y el pico de simetría.
Reacción de derivatización de la cafeína:
Objetivo
Realizar el aislamiento de la cafeína y realizar la derivatización de la misma. Análisis de resultados
El punto de fusión experimental del salicilato de cafeína fue de 132-135 °C. El punto de fusión teórico es 137 °C IR de la cafeína teórica
IR experimental del salicilato de cafeína.
100 95 8 8 , 2 6 8 1
90 85 80
1 0 , 2 3 4 3
75 a i c n a t i
m s n a r T %
4 5 , 5 2 1 3
4 7 , 5 4 9 2
6 6 , 9 7 5 4 9 , 8 5 , 7 4 6 0 9 8 0 2 , 5 2 0 1 6 3 , 1 0 6 1
70 65
0 0 , 2 4 4 1
6 4 8 , 2 , 2 8 8 4 4 1 5 1
60 55
6 0 , 3 0 3 1
0 3 , 2 7 1 1
4 1 , 6 9 5
7 0 , 5 3 7
4 9 , 9 4 2 1
50 0 6 , 7 0 7 1
45 40 35
6 6 , 2 6 6 1
30 4000
3500
3000
2500
2000
Número de Ondas (cm-1)
1500
1000
500
7 4 , 9 6 4
CONCLUSIONES
Se aisló la cafeína del té para la posterior derivatización. Se logró realizar la derivatización de la cafeína, obteniendo como producto derivatizado la sal de cafeína, salicilato de cafeína, este producto puede ser analizado por cromatografía de gases, ya que sus propiedades son diferentes a las de la nicotina (producto original). Se comprendió el principio de la derivatización, cambiar químicamente las propiedades de un compuesto para ser analizado con mayor facilidad por técnicas como CG, HPLC, entre otras técnicas analíticas.
CUESTIONARIO
1. ¿En qué consiste la derivatización? Reacciones de derivatización están destinadas a transformar un analito para la detectabilidad en Cromatografía de Gases (GC) u otros métodos analíticos instrumentales. La derivatización en el análisis de GC se puede definir como una técnica de procedimiento que modifica principalmente la funcionalidad de un analito a fin de las separaciones cromatográficas. Un analito modificado en este caso será el producto, que se conoce como el derivado. El derivado puede tener una estructura similar o estrechamente relacionados, pero no el mismo que el compuesto original. 2. ¿Cuáles son los criterios para la elección de un reactivo derivatizante? La elección de la técnica para el análisis de la derivatización de los compuestos dependerá de los reactivos de reacción y tipos disponibles que pueden producir derivados que dan resultados deseables en GC. Los derivados deben ser adecuados, detectable y eficiente para el análisis de GC. La evaluación del grupo funcional del analito, el detector de GC e incluso los subproductos de la reacción entre otras consideraciones guiará la elección de la técnica de derivatización. Por ejemplo, la inserción de grupos perfluoroacilo en una molécula mejora su detectabilidad por captura de electrones. La presencia de un grupo carbonilo adyacente a carbonos halogenados en un analito mejora la respuesta del detector de captura de electrones (ECD). Para detector espectroscópico de masas, derivados de acilo tienden a dirigir los patrones de fragmentación de los compuestos y, por tanto, proporcionar información útil sobre la estructura de las moléculas. Para los analitos de ácido, la primera opción para la derivación es esterificación. Los ácidos son compuestos reactivos y también más polares que pueden ser separados también por cromatografía de gases. Los ácidos no derivatizados tenderán a cola debido a la adsorción y la interacción no específica con la columna. La esterificación se utiliza
para derivar ácidos carboxílicos y otros grupos funcionales ácidos. La reacción implica la condensación del grupo carboxilo de un ácido y el grupo hidroxilo de un alcohol, con la eliminación de agua. En consecuencia, se reduce la polaridad de la molécula. Casi todos los grupos funcionales que presentan un problema en la separación por cromatografía de gases (hidroxilo, ácido carboxílico, amina, tiol, fosfato) se pueden derivatizar por reactivos de sililación. Los derivados de las reacciones de sililación son generalmente menos polar, más volátil y más estable térmicamente. La introducción de un grupo (s) sililo también puede servir para mejorar las propiedades de espectrometría de masas de los derivados, ya sea mediante la producción de patrones de fragmentación de diagnóstico más favorables de uso en investigaciones de la estructura, o iones característicos de su uso en análisis de trazas en ot ras técnicas relacionadas. 3. Enuncie y explique las principales teorías de derivatización en GC
4. Explique por lo menos tres ejemplos de la utilidad de la derivatización. Además de analitos particulares, tales como los productos farmacéuticos, las biomoléculas, ácidos orgánicos, amidas, compuestos poli-hidroxi, amino ácidos, pesticidas y otros persistente compuestos orgánicos, nuevas clases de compuestos de interés, por ejemplo, sustancias alquiladas fluorados e hidrocarburos aromáticos policíclicos siguen surgiendo. Es necesario desarrollar y / o mejorar los métodos de análisis químico y de ahí la necesidad de familiarizarse con los métodos de derivatización que son aplicables al análisis de GG. Generalmente derivatización tiene por objeto mejorar en los siguientes aspectos en cromatografía de gases: solubilidad, eficiencia, detectibilidad. Referencias bibliográficas
Bao Ming-Liang, Pantani Francesco, Griffini Osvaldo, Burrini Daniela, Santianni Daniela, Barbieri Katia (1998). Determination of carbonyl compounds in water by derivatization – solid-phase micro extraction and gas chromatographic analysis. J ournal of Chromatography A. 809 (1998) 75 – 87. Blau, K., King, G. (1997). Handbook of Derivatives for Chromatography; Heyden & Sons Ltd.; London, 1979. Kataoka, Hiroyuki (2005). Gas chromatography of amines as various derivatives. Quantitization of amino acids and amines by chromatography - methods and protocols. Journal of Chromatography Library. Volume 70, 2005, Pages 364-404. Szyrwińska, K. Kołodziejczak A., Rykowska I., Wasiak W., and Lulek J. (2007). Derivatization and Gas chromatography – low-resolution Mass Spectrometry of Bisphenol A. Acta Chromatographica, No. 18, 2007.
