ÁREA: Ensino de Química
TÍTULO: MODELIZAÇÃO DO COMPORTAMENTO ÁCIDO-BASE DO EXTRATO DE Centrosema brasilianum (L.) Benth
AUTORES: LEITE, R.H.L. (UFERSA) ; SOUSA, J.A. (UFERSA) ; CARVALHO, B.L. (UFERSA)
RESUMO: Indicadores naturais extraídos de plantas podem ser usados, com sucesso, em substituição aos indicadores sintéticos. Tal uso tem encontrado aplicação no ensino de química, nos últimos anos. Nesse estudo, buscou-se relacionar as observações empíricas, relativas às mudanças de coloração de um extrato vegetal, com os modelos teóricos que descrevem o comportamento de equilíbrio de um sistema ácido triprótico. O extrato de Centrosema brasilianum foi escolhido para exemplificar a metodologia empregada na modelização do comportamento de um indicador natural a base de antocianinas. Tendo sido possível determinar as constantes aparentes do indicador natural, partindo-se dos espectros de absorção na região do visível para o extrato de Centrosema brasilianum, em diferentes valores de pH.
PALAVRAS CHAVES: indicadores ácido-base, equilíbrio químico, ensino de química.
INTRODUÇÃO: Os extratos florais têm sido propostos como indicadores ácido-base alternativos, principalmente para uso em aulas práticas de química (SOARES et al, 2001; CAVALHEIRO et al, 2000; DIAS et al, 2003). A utilização de substâncias naturais enquanto indicadores ácido-base, no entanto, não é recente. Tal uso data dos primórdios da química ácido-base e predominou até o aparecimento dos indicadores sintéticos (GAMA e AFONSO, 2007). Facilmente encontradas, mesmo nas localidades mais inóspitas, as flores são uma fonte de pigmentos praticamente sem custo e de grande aporte didático, pelo fascínio que exercem no ser humano. Extratos de flores vermelhas, azuis e roxas, principalmente, mudam de coloração em função do pH do meio. Essa propriedade é devida aos pigmentos conhecidos como antocianinas presentes nesses órgãos vegetais. As antocianinas são flavonóides que contém um anel cromano e um segundo anel aromático ligado na posição 2, formando uma estrutura conhecida como grupo flavílio ou fenil-2-benzopirílio; tal estrutura encontra-se ligada a moléculas de açúcares por meios de grupos hidroxilados em diferentes posições. Quando as antocianinas encontram-se livres dos açúcares são chamadas de antocianidinas. As antocianidinas mudam de cor em função do pH do meio devido a três reações reversíveis que ocasionam modificações estruturais do grupo flavílio. Essas reações estão representadas na figura 1. Nesse trabalho foi aplicado um modelo de ácido triprótico para calcular as constantes de ionização aparentes a partir dos espectros de absorção na região do visível para extratos de flores de Centrosema Brasilianum (figura 1.a). Essa espécie vegetal foi escolhida pelo alto conteúdo de antocianinas em suas flores e sua ocorrência na região do semi-árido nordestino (ROQUE et al, 2009).
MATERIAL E MÉTODOS: a) Obtenção do extrato vegetal - As pétalas de Centrosema Brasilianum foram coletadas no período da manhã no campus da UFERSA na cidade de Mossoró/RN. A matéria-prima foi cuidadosamente triturada em almofariz, macerada em etanol durante 3 horas e finalmente filtrada em papel de filtro. Foram utilizados 10g de matéria vegetal e 50 mL de etanol em cada extração. b) Obtenção dos espectros do extrato vegetal em função do pH - O extrato obtido foi adicionado às soluções tamponadas com valores de pH variando entre 0 e 12, na proporção de uma parte do extrato para três partes da solução tampão. Os espectros de absorção molecular na região do visível foram obtidos na faixa de 400 a 800 nm, utilizando-se um espectrofotômetro modelo SP-220 da marca Biospectro. c) Descrição do modelo utilizado – As variações observadas nos espectros do extrato floral foram consideradas como decorrentes do deslocamento de três equilíbrios ácido-base, intervindo quatro espécies, oriundas das transformações estruturais do grupo flavílio constituinte da antocianina. Tais equilíbrios são relacionados com a coloração dos extratos na figura 1. As frações de antocianina, sob as diferentes formas, foram designadas por 1, 2, 3 e 4. O espectro obtido para cada valor de pH foi descrito em termos do somatório das contribuições dos espectros adotados como característicos das espécies individuais. Os valores de 1, 2, 3 e 4 foram calculados, para cada pH, de forma a minimizar os desvios entre os valores experimentais e os calculados. A partir dos valores de  calculados em função do pH, foram estimados os valores das constantes aparentes de ionização Ka1, Ka2 e Ka3, por ajuste das equações do modelo de ionização de um ácido triprótico aos valores experimentais, através de uma regressão não linear.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A figura 1.b mostra as variações de cor do extrato de Centrosema brasilianum. Esse apresenta coloração vermelha a pH ácido, entre 0 e 1. Passa, em seguida, a uma coloração arroxeada a pH 2 e 3, para torna-se azul a pH 4 e 5. Em pH 7 a 9 torna-se verde e finalmente toma uma coloração verde-escuro em valores de pH acima de 10. Essas variações são acompanhadas de mudanças nos espectros de absorção na região do visível. Segundo Brouillard et al (1977) três equilíbrios químicos são responsáveis pelas mudanças de coloração das antocianinas, quando o pH do meio é aumentado (figura 1.c). O primeiro equilíbrio resulta na desprotonação do cátion flavílio (espécie 1), com constante de equilíbrio Ka1, e formação de um composto quinoidal (espécie 2). O segundo equilíbrio é a hidratação do composto quinoidal com formação de uma pseudo-base carbinol (espécie 3) e constante de equilíbrio Ka3. Finalmente, ocorre o terceiro equilíbrio onde há quebra do anel de cromano e formação de uma pseudo-base chalcona (espécie 4), constante Ka3. As frações da antocianina existente sob cada uma das quatro espécies, em função do pH, podem ser determinadas por ajuste dos espectros dos extratos em diferentes valores de pH, tomando os espectros a pH 1, 6, 8 e 12 como sendo constituídos das espécies puras, o resultado é mostrado na figura 2. Os valores de 1, 2, 3 e 4 podem ser ajustados às equações do modelo de um sistema triprótico: 1 = [H+]3/D, 2 = Ka1*[H+]2/D, 3 = Ka1*Ka2*[H+]/D e 4 = Ka1*Ka2*Ka3, sendo, D = [H+]3 + Ka1*[H+]2 + Ka1*Ka2*[H+] + Ka1*Ka2*Ka3. Os valores obtidos para as constantes de equilíbrio foram: Ka1 = 5,51 x 10-4, Ka2 = 7,16 x 10-8 e Ka3 = 1,43 x 10-9.
CONCLUSÕES: A partir dos resultados obtidos é possível descrever as variações de coloração de um extrato de Centrosema brasilianum , em função do pH, por meio de um modelo de ácido triprótico. A metodologia empregada pode ser usada para determinar as constantes de equilíbrio aparentes de indicadores que apresentam múltiplas faixas de viragem, como é o caso das antocianinas presentes nos extratos florais. A metodologia empregada possibilita ao aluno aplicar os conhecimentos teóricos sobre equilíbrio ácido-base na descrição de um fenômeno observado em laboratório, aumentando a compreensão do tema.
AGRADECIMENTOS:
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:
BROUILLARD, S. A.; DUBOIS, J. E. 1977. Mechanism of strutural transformation of anthocyanins in acidic media. Journal of American Chemical Society, 99 : 8461-8468.
CAVALHEIRO, E.T.G.; LUPETTI, K.; RAMOS, L.A.; FATIBELLO-FILHO, O. 2000. Utilização do extrato bruto de frutos de Solanum nigrum L. no ensino de Química. Eclética Química, 25: 229-240.
DIAS, M.V.; GUIMARÃES, P.I.C.; MERÇON, F. 2003. Corantes naturais: extração e emprego como indicadores de pH. Química Nova na Escola, 17: 27-31.
GAMA, M. S.; AFONSO, J. C. 2007. De Svante Arrhenius ao peagâmetro digital: 100 anos de medida de acidez. Química Nova, 30 (1) : 232-239.
ROQUE, A. A.; QUEIROZ, R. T.; LOIOLA, M. I. B. 2009. Diversidade florística do Seridó Potiguar, 11-49. In: FREIRE, E. M. X. Recursos Naturais das Caatingas – uma visão multidisciplinar. EDUFRN, Natal. 2009.
SOARES, M.H.F.B.; SILVA, M.V.B.; CAVALHEIRO, E.T.G. 2001. Aplicação de corantes naturais no ensino médio. Eclética Química, 26: 225-234.
