3 AISLAMIENTO DE NICOTINA

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LABORATORIO Nº 3. AISLAMIENTO DE NICOTINA
DERIVATIZACIÓN: FORMACIÓN DEL DIPICRATO DE NICOTINA
	
Gian Carlos Naranjo Rojas, e-mail: lvidarragao@uqvirtual.edu.co
Fitoquimica II (2019)
RESUMEN: Se realizó la extracción de la nicotina presente en los cigarrillos proveniente de la planta Nicotina tabacum mediante agitación vigorosa con NaOH, se procedió a filtrar y a realizar la extracción líquido-líquido con éter etílico, se concentró y se precipito con metanol para finalmente derivatizar con ácido pícrico para la producción del dipricato de nicotina. Se obtuvieron 0.3 g de producto sólido de coloración amarilla arrojando un porcentaje de rendimiento de 0,6%.
PALABRAS CLAVE: Extracción de cafeína, cristalino.
AISLAMIENTO DE NICOTINA
1. INTRODUCCIÓN
La nicotina es un compuesto orgánico, encontrado principalmente en la planta del tabaco (Nicotina tabacum), con alta concentración en sus hojas (constituye cerca del 5% del peso de la planta y del 3% del peso del tabaco seco)1 estando también presente en otras plantas de la familia Solanácea aunque de forma marginal (en el rango de 2–7 µg/kg), como en el caso del tomate, la berenjena, el pimiento y la patata.2 En cantidades aún más marginales, ha sido encontrado en otras plantas como la coliflor, la pimienta verde o el té negro.3 La nicotina debe su nombre a Jean Nicot, quien introdujo el tabaco en Francia en 1560, Se sintetiza en las zonas de mayor actividad de las raíces de las plantas del tabaco y es trasportada por la savia a las hojas verdes. El depósito se realiza en forma de sales de ácidos orgánicos. Es un potente veneno e incluso se usa en múltiples insecticidas (fumigantes para invernaderos). En bajas concentraciones, la sustancia es un estimulante y es uno de los principales factores de adicción al tabaco. Es soluble en agua y es polar.
Fumar cigarrillos constituye la forma predominante de adicción a la nicotina en todo el mundo. Actualmente la mayoría de los cigarrillos en el mercado mundial contienen entre 1 y 2 miligramos (mg) o más de nicotina. Al inhalar el humo, el fumador promedio ingiere 0,8 mg de nicotina por cigarrillo. Asimismo, las ventas y el consumo de productos de tabaco sin humo han aumentado substancialmente. La molécula alcanza pronto el cerebro del fumador. Al inhalar, el humo hace llegar la nicotina a los pulmones, con las partículas de alquitrán asociadas; de ahí, pasa a la sangre. De diez a sesenta segundos después, la nicotina atraviesa la barrera hematoencefálica y penetra en el cerebro. Cuando no se inhala el humo, la nicotina se absorbe más lentamente a través de las membranas mucosas de la boca. 
De las aproximadamente 3000 sustancias que contiene el cigarrillo, solo la nicotina crea dependencia. Su efecto es funesto en el segmento ventral del mesencéfalo y en el nucleus accumbens de los pros encéfalo, en las áreas que forman parte del sistema de recompensa. La nicotina se vincula aquí a los receptores nicotínicos de la acetilcolina (nAChR) de las neuronas. Imita al neurotransmisor acetilcolina, que suele acoplarse a esas proteínas canaliculares y, de ese modo, cuida de que las neuronas liberen abundante dopamina. El influjo de la nicotina en la sinapsis dura varios minutos promoviendo una excitación persistente de las neuronas involucradas, efecto que se debilitará cuando la sensibilidad por exceso haga acto de presencia. 
La causa de que la nicotina cree adicción está en que, aunque inicialmente las neuronas gabaérgicas a las que se acopla liberan el neurotransmisor ácido gamma amino butírico (GABA) que controla la liberación de dopamina en las neuronas vecinas, si aquellas son sobre-nicotinizadas, entonces la secreción del neurotransmisor se limita, con lo que la excitación dopamínica de estas otras neuronas aumenta. La consecuencia de lo anterior a largo plazo es que las células adaptan su bioquímica, y esto ocurre en dos fases: primero crecen los receptores de nicotina, por lo que aumenta la secreción de dopamina; sin embargo, con el tiempo las neuronas reaccionan de forma menos inmediata a la nicotina, por lo que las necesidades de ingerir más cantidad aumentan.
Figura 1. Nicotina
1. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
En un beaker se adiciono 8.5 g. de tabaco (previamente macerado para obtener partículas más pequeñas). Se agregó 100 mL de solución al 5% de NaOH, Se agito vigorosamente durante 20 minutos. Se filtró al vacío en un Buchnner. Se trasvaso el filtrado a un embudo de separación para realizar una extracción liquido-líquido y se realizaron 3 extracciones de 25 mL con éter etílico. Se concentró el extracto. Para la derivatización, se Adiciono 4 mL de metanol a la fase aceitosa que resulto y 10 mL de solución metanólica saturada de ácido pícrico al 5%. 
· REACCIÓN DE DERIVATIZACIÓN DE LA NICOTINA
Figura 2. Derivatización de la nicotina
1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Como primer paso el material vegetal deprende sus metabolitos secundarios sumergiéndose en NaOH. El material molido debido al par de electrones libres del nitrógeno los alcaloides son compuestos básicos. La nicotina está formada por una piridina y un pirrolidina, por su parte tanto la piridina como la pirrolidina son moléculas con carácter apolar, por lo que es necesario utilizar en el proceso de extracción un solvente no polar como el éter etílico. El proceso de extracción se basó en la decantación aprovechando la diferencia de densidades, se observó que la fase acuosa se encontraba en la parte inferior y presentó una coloración marrón, mientras que la fase orgánica, en la cual se encontraba presente el alcaloide de interés, en la parte superior y presentaba coloración amarilla.
Se observó la formación de un precipitado amarillo, que correspondía al dripricarato de nicotina, al adicionarle a la fase organica la solución metanólica saturada de ácido pícrico 5%, entre la nicotina y el ácido pícrico se da una interacción de tipo electrostático.
Para todos nuestros cálculos supondremos que en el extracto obtenido hay 100% nicotina
Masa teórica de dipricato de nicotina
Usando la reacción de la figura 2
Reactivo límite: 
 
Reactivo en exceso
La nicotina es el reactivo en exceso pues tenemos más de lo que necesitamos y ácido pricrico sería el reactivo limite. 
Masa teórica de producto:
Rendimiento de la reacción:
Este bajo porcentaje de rendimiento, se le puede atribuir varios factores como: el extracto obtenido no era 100 % cafeína, antes de hacer la derivatización no se procuró tener bien seco el extracto, y pudo quedar restos de agua y dicloro metano.
Según la literatura un cigarrillo marca Derbi tiene 0.5 mg de nicotina por cigarrillo, un cigarrillo de la misma marca sin papel y sin filtro pesa 1.6 g mediante cálculos se puede concliuir que hay 0.026 g de nicotina por 25 cigarrillos, nosotros nos dio un extracto de 0.42 g, mediante estos cálculos se puede determinar que el extracto no era nicotina pura.
Punto de fusión del precipitado de dipricato de nicotina obtenido: (225-230) °C
Punto de fusión teórico del dipricato de nicotina: 225 °C
Este resultado hace pensar que estamos ante dipricato de nicotina, sin embargo, el rango tan alto nos da a entender que tenemos algo más en el precipitado.
1. CONCLUSIONES
· Se realizó una extracción exitosa del Dipicrato de nicotina, dando como resultado un sólido cristalino de color amarillo.
· Se estudió que los alcaloides son compuestos nitrogenados complejos que tienen la propiedad de formar sales con los ácidos y que actúan sobre el sistema nervioso, primero excitándolo y luego paralizándolo. Existen más de dos mil alcaloides reconocidos y todos se conservan bien en las plantas secas, siendo responsables de la toxicidad de ciertas plantas henificadas o de aquellas tisanas preparadas con hojas secas.
· 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.
· El porcentaje de rendimiento obtenido fue muy bajo (22.22%),esto puede deberse a algún tipo de perdida en la realización de la práctica o que en el extracto obtenido no había pura nicotina.
1. CUESTIONARIO
· ¿Por qué debe molerse a polvo fino las hojas de tabaco? 
Estas deben molerse para asegurar la homogenización de la muestra y facilita la destrucción de la materia orgánica.
· ¿Qué precauciones debe tenerse al trabajar con NaOH? 
Este es un material extremadamente corrosivo y sumamente reactivo. Se debe usar las menores cantidades posibles en un área ventilada, apartada del área de almacenamiento. Se deben utilizar todas las protecciones personales, no se debe poner en contacto con acidos potentes, compuestos nitroaromaticos, nitroparafinicos u organohalogenas y metales como aluminio, zinc y estaño.
· ¿Qué precauciones debe tenerse al trabajar con diclorometano? 
Se debe utilizar protección respiratoria, de manos, ojos y cuerpo. No se bebe utilizar cerca del fuego, superficie caliente o mientras se trabaja con soldaduras; no comer ni beber, ni fumar durante el trabajo. Se debe mantener alejado de metales, bases y oxidantes fuertes.
· ¿Cómo determina cual es la fase acuosa y cual la orgánica? 
Normalmente la fase acuosa es la más densa, situándose por ello en la parte inferior, por el contrario, la fase orgánica al ser menos densa se encuentra en la parte superior. Cuando se trata con disolventes clorados (cloroformo, cloruro de metilo, tetracloruro de carbono, etc) sucede algo diferente ya que estos son más densos y se situarían en la parte inferior dejando la fase acuosa en la parte superior. En el proceso se produce una transferencia del producto deseado desde la fase acuosa inicial hasta la fase orgánica.
· Según literatura, el contenido porcentual promedio de (S)-(-)-nicotina en hojas de tabaco (Nicotina tabacum) oscila entre el 0,2 y el 5,0%, en el tabaco para fumar se encuentra entre el 1 al 2 %. Comparar este valor con el obtenido experimentalmente, estimando que el aceite obtenido es nicotina pura.
Suponiendo un extracto de aceite del 100% de nicotina podríamos decir que hay 4.94% de nicotina en 8.5 g de tabaco.
Haciendo las comparaciones con la literatura obtenemos 59% más de nicotina en las muestras de cigarrillos.
· Calcular la cantidad aproximada que debe agregar de solución metanólica de ácido pícrico al 10 % p/v, suponiendo que el aceite obtenido es nicotina pura y considerando que la estequiometria de la reacción es la indicada más arriba.
Suponiendo un extracto de aceite del 100% de nicotina podríamos decir que hay 1.35 g de dipricato de sodio.
La cantidad necesaria de ácido pricrico para consumir toda la nicotina es de 11.86 mL
· El pKa del ión piridinio es 8, y el del ión pirrolidinio es 3, ¿qué conclusión podemos sacar sobre la forma en que se encuentra la nicotina a pH 7?
La molecula de nicotina contiene dos átomos básicos de nitrógeno, lo cual resulta en presentaciones supe posicionadas de tres especies diferentes a diferentes valores de pH (Valores de pKa de 3.12 y 8.02). las principales especies están presentes en el siguiente rango de pH:
· pH < 3: Completamente protonada (Dos iones H+ ligados – no es relevante a la biología de productos que contiene nicotina). 
· pH 4 - 8: Su unión H+ ligado (también conocido como “nicotina ligada”) 
· pH > 8: Completamente desprotonada (también conocida como “nicotina desligado”)
A pesar de algunas aseveraciones de la existencia de proteínas específicas de transporte nicotínico en las membranas de las células, la difusión pasiva es considerada como el medio principal de resorción de la nicotina. Dado que las formas protonadas (especie I y II) no puede trapasar la membrana celular, la fracción de la nicotina absorbida y/o la velocidad de absorción se puede determinar por el pH, con valores altos de pH moviendo el equilibrio hacia nicotina completamente desprotonada que es reabsorbida por medio de difusión masiva con base en el gradiente de concentración. Ajustando precisamente a un valor de pH de 7.4 resulta en un equilibrio entre especies (ii) y (iii) dentro de las células.
· La nicotina base es “soluble” en agua, mientras que en diclorometano es “muy soluble”. Sin tener datos cuantitativos de solubilidad, ¿qué conclusiones puede sacar de las extracciones con diclorometano que efectúa en el trabajo práctico? 
Se puede concluir que la nicotina se solubilizara fácilmente tanto en agua como en diclorometano, por esta razón se deben hacer varios lavados con diclorometano para que la nicotina logre ser extraída del agua y pueda solubilizarse completamente en él.
1. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Jiménez, L., & Saiz, P. (2008). La nitina como droga.
Sadzawka A, Carrasco M, Demanet R, Flores H, Grez R, Mora M, Neaman A. (2007). Metodos de análisis de tejidos vegetales. Instituto de investigaciones agropecuarias. Centro Regional de Investigacion La Platina. Santiago de Chile.