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| Complejo
Educativo y Recreativo "Plaza del Cielo", un lugar para Aprender
y Jugar con la Astronomía. |
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Néstor Camino - Esquel -
Chubut - Argentina - Consultas
- Ayuda del Sitio |
ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DE ACEITES ESENCIALES DE PLANTAS AROMATICAS PATAGONICAS ENVIADOS AL ESPACIO EN EL TRANSBORDADOR ATLANTIS Silvia B.
González (1,2)
, Néstor Camino (3),
Soledad Molares (1), (1)
Cátedra de Química Orgánica, (2) Cátedra
de Plantas Aromáticas, Fac. de Ciencias Naturales, RESUMEN
Se realizó GC-FID en columna Carbowax 20M de la totalidad de las muestras. Se presentan perfiles cromatográficos comparativos de los aceites que fueron conservados en el laboratorio y los correspondientes a las muestras enviadas al espacio, observándose cambios cuali-cuantitativos importantes en: A. seriphioides, B. linearis, B. obovata, P. balsamita, S. bracteolatus y S. filaginoides. Diferencias menos significativas fueron detectadas en el resto de los aceites esenciales.
Los aceites esenciales son mezclas complejas y variables de constituyentes individuales que, en conjunto, confieren los olores característicos a las especies aromáticas. La composición química de los aceites esenciales de la flora aromática patagónica, en su mayoría, aún no ha sido estudiada y menos aún sus estabilidades frente a diversos factores externos. En la presente contribución se trata de establecer como afectan en conjunto, las variables a que fueron sometidas las muestras de aceites esenciales que fueron enviadas al espacio en el transbordador Atlantis. En particular el efecto que produjo la exposición a los “rayos cósmicos” y a las condiciones de “microgravedad”. Los rayos cósmicos son principalmente protones, electrones y otras partículas subatómicas que se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, se asegura que la mayoría provienen de explosiones de supernovas, pulsares y otros objetos estelares (hasta energías de 1016eV). En los últimos años se han detectado partículas de energías muy altas (mayores que 1019eV) de las que aún no se sabe su procedencia. Victor F. Hess, en 1911, encontró que esta radiación disminuye gradualmente hasta una altura de 500 m, pero que posteriormente, la radiación aumenta, llegando a ser 16 veces mayor a 5000 m de altura. Se denomina microgravedad al estado de movimiento que produce que el peso aparente de un cuerpo o sistema sea muy pequeño, comparado con su peso producido por la atracción gravitatoria de la Tierra. En un entorno de microgravedad los procesos de convección, capilaridad, sedimentación, difusión, etc., varían de tal forma que a veces es casi imposible poder comprender y predecir en forma precisa el desarrollo de ciertos procesos considerados sencillos en la tierra. El comportamiento de los aceites esenciales sometidos a las condiciones detalladas, sería un indicador de la estabilidad intrínseca de cada una de las complejas mezclas de componentes que los conforman.
Para la realización de la experiencia se seleccionaron nueve especies incluídas dentro de las siguientes familias botánicas: Asteraceae (7), Fabaceae (1) y Verbenaceae (1) que fueron sometidas a hidrodestilación durante 3 horas, en un aparato tipo Clevenger, para la extracción de sus aceites esenciales. Los aceites esenciales de Acantholippia seriphioides, Adesmia boronioides, Baccharis linearis, B. obovata, Grindelia chiloensis, Senecio bracteolatus, S. filaginoides, Solidago chilensis y Pyrethrum balsamita, fueron fraccionados en dos grupos, uno de los cuales fue acondicionado para ser enviado al espacio. Estas muestras por diversos inconvenientes en el transbordador, tuvieron un tiempo de aislamiento previo al despegue, de aproximadamente un año, en el que fueron conservadas a temperatura ambiente. Durante el viaje espacial, de diez días de duración, las muestras fueron sometidas a una aceleración de la gravedad de 4G durante el despegue, temperaturas variables entre –37°C y 27 °C, según la posición relativa al sol, rayos cósmicos y condiciones de microgravedad. Las muestras testigo fueron conservadas en el laboratorio a una temperatura de 4°C y en oscuridad. La totalidad de los aceites fueron sometidos a cromatografía de gases en un equipo Varian Star 3400 CX con columna Carbowax 20M (60m x 0.25 mm, espesor del film: 0.25 mm). Detector: FID (detector de ionización de llama). Fase móvil: nitrógeno (0.8 ml /min). Relación de venteo: 1:90. Temperatura programada: temperatura inicial: 75 °C (4 min.); incremento 3 °C/min; temperatura final: 220 °C (15 min.); temperatura del inyector : 220°C; temperatura del detector: 250°C; volumen de inyección: 0.3 mL
El análisis de los perfiles cromatográficos y de las características organolépticas (Tabla 1) de ambos grupos de aceites esenciales permite comprobar que todos fueron afectados en diferente medida por las variables a las que fueron sometidos. Se observa un cambio cuali-cuantitativo importante en: a- Acantholippia seriphioides (Figura 1),
aparecen picos minoritarios, probablemente por polimerización,
en la zona de mayor tiempo de retención.
CONCLUSIONES Los resultados obtenidos permiten afirmar que Adesmia boronioides, Grindelia chiloensis y Solidago chilensis presentan una notable estabilidad en las composiciones cuali y cuantitativas de sus aceites esenciales. Esta característica sería relevante si se planteara el uso de alguno de ellos en cosmética y/o perfumería. Se continuará con este trabajo en la elucidación
de los componentes mayoritarios, en particular de las esencias que sufrieron
mayores cambios, a fin de poder realizar hipótesis acerca del
comportamiento de los componentes individuales en función de
las variables aplicadas.
Tabla 1: Variación de las características organolépticas en los aceites esenciales analizados. BIBLIOGRAFÍA • Arctander, S. 1960. Perfume and flavor materials
of natural origin. Ed. del autor, N.J. (USA). ESTUDIO DE LAS VARIACIONES EN LAS PROPIEDADES FÍSICAS PRODUCIDAS EN LOS ACEITES ESENCIALES ENVIADOS AL ESPACIO Soledad Molares INTRODUCCIÓN Los aceites esenciales de nueve especies pertenecientes a la flora aromática patagónica: Adesmia boronioides Hook. f., Acantholippia seriphioides (A. Gray) Mold., Baccharis obovata Hok. et Arnott, B. linearis (Ruiz et Pav.) Persoon, Grindelia chiloensis ( Corn. ) Cabrera, Pyrethrum balsamita L., Senecio bracteolatus Hook. et Arnott, S. filaginoides DC. y Solidago chilensis Meyen, fueron enviados al espacio en el transbordador Atlantis en la misión que tuvo lugar entre el 19 y 29 de mayo de 2000. Las muestras fueron sometidas a las siguientes condiciones: tiempo de aislamiento previo al despegue de aproximadamente un año; aceleración de 4G en el despegue; microgravedad; temperaturas variables entre –37 ºC y 27 ºC según la posición relativa al sol y radiación cósmica “normal”(durante el vuelo no hubo actividad solar muy alta). De regreso se realizó cromatografía de gases a la totalidad de las muestras enviadas al espacio y a sus testigos (los que se mantuvieron en laboratorio a una temperatura de 4 ºC y en oscuridad durante todo el período que comprendió la experiencia). El análisis de los perfiles cromatográficos de ambos grupos de aceites esenciales permitió comprobar que todos fueron afectados en diferente medida por las variables a las que fueron sometidos. Se observó que los aceites esenciales de A. seriphioides, B. obovata, B. linearis, P. balsamita, S. bracteolatus y S. filaginoides cambiaron su composición cuali- cuantitativa de modo significativo; mientras que los aceites esenciales de S. chilensis, A. boronioides y G. chiloensis mantuvieron una composición similar a la de sus respectivos testigos (González et al, 2000). Hasta el momento no se han efectuado estudios físicos que respalden los informes químicos realizados, siendo estos indispensables para el entendimiento de los resultados de la interacción de las variables espaciales con la materia orgánica.
OBJETIVOS GENERALES • Estudiar las variaciones en las propiedades físicas producidas en el aceite esencial de A. boronioides enviado al espacio.
OJETIVOS ESPECÍFICOS • Realizar una recopilación bibliográfica con el fin de describir las variables que en conjunto afectaron las características físico- químicas de los aceites esenciales. • Obtener y comparar el valor de Rotación específica de la muestra enviada al espacio con el valor de la muestra testigo. • Obtener y comparar el índice de refracción de la muestra enviada al espacio con el índice de la muestra testigo. • Analizar y relacionar los resultados con la información físico- química existente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS CONCEPTOS TEÓRICOS
UTILIZADOS EN EL PRESENTE TRABAJO 1. ACEITES ESENCIALES Los aceites esenciales son mezclas complejas de hidrocarburos y compuestos oxigenados derivados de ellos, que se originan en determinadas especies vegetales. Por su capacidad de evaporarse al contacto con el aire a temperatura ambiente (a diferencia de los aceites fijos) se denominan aceites volátiles o aceites etéreos. Las propiedades físicas de este grupo de sustancias varía en función de los componentes de cada aceite esencial. Pero aún así, pueden describirse las siguientes características generales compartidas por la mayoría de los aceites conocidos:
Los valores para cada punto anterior varían según los grupos vegetales, pero son relativamente constantes dentro de cada especie. La temperatura, la humedad relativa, la cantidad de horas lumínicas del día y el viento, entre otras variables ambientales, afectan de modo directo la composición cuali-cuantitativa de los aceites esenciales, en consecuencia también los valores de sus constantes físicas. 2. RAYOS CÓSMICOS Los rayos cósmicos son partículas subatómicas de muy alta energía cinética que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. Su composición química, es decir, las abundancias relativas de los distintos elementos, es muy similar a la del sistema solar, de forma que la mayor parte de los rayos cósmicos son protones (núcleos de H) y partículas alfa (núcleos de He) encontrándose también núcleos de número atómico intermedio entre los que se destacan los de C, N y O y elementos pesados entre los que predominan los núcleos de Fe. Se ha detectado además la presencia de una pequeña proporción de electrones y de fotones gama. Por mucho tiempo fue un gran misterio la procedencia de estos rayos. En la actualidad se asegura que la mayoría provienen de explosiones de supernovas, pulsares y otros objetos estelares. Tienen energías de hasta 1016 eV (las energías típicas de los electrones en los átomos varían entre 1 y 103 eV y la de las radiaciones asociadas a los fenómenos nucleares son del orden de 106 eV), aunque en los últimos años se han detectado partículas de muy alta energía (mayores que 1019 eV) de las que aún no se sabe su procedencia. Las partículas cargadas eléctricamente,
como los electrones y protones, son desviados por campos magnéticos,
y pueden ser vistas viajando en una trayectoria curva. Por otra parte,
las partículas neutras, tales como los neutrones y los rayos
gama, no son desviados al pasar a través de un campo magnético,
por lo que viajan en línea recta. Cuando los rayos cósmicos primarios penetran en la atmósfera terrestre y colisionan con los núcleos atmosféricos, se crean una gran variedad de partículas elementales (Fig. 1).
La cascada se inicia cuando un núcleo primario
colisiona con un núcleo atmosférico (Nitrógeno
u Oxígeno) produciendo una reacción nuclear en la que
parte de la energía se transforma en materia, creándose
nuevas partículas, sobre todo piones. El núcleo incidente
o los fragmentos resultantes después de esta colisión
siguen viajando a gran velocidad en dirección al suelo hasta
que de nuevo tiene lugar otra reacción nuclear en la que se producen
más partículas y así sucesivamente. En ocasiones
algunos fragmentos nucleares alcanzan la superficie terrestre. Los piones
neutros creados se desintegran casi instantáneamente , convirtiéndose
en dos rayos gamma. Los piones cargados pueden colisionar con otro núcleo
atmosférico produciendo nuevas partículas o desintegrarse
en un muón y un neutrino . La desintegración de los nº da lugar a la creación de fotones cada uno de los cuales produce a su vez una cascada electrón-fotón. La suma de todas ellas da lugar a la llamada “componente electromagnética de la cascada” que consiste en un disco de fotones gamma, electrones y positrones que se mueve a la velocidad de la luz teniendo como eje la dirección del rayo cósmico primario ( Arqueros, 1994). La unidad de medida de la radiación cósmica es el Rad. La radiación cósmica afecta tanto a la materia orgánica como a la inorgánica. En los seres humanos sus efectos, de carácter acumulativo, causan cáncer de piel, huesos, etc. En los vuelos espaciales, sin la protección de la atmósfera, se está sometido a la acción directa de esta radiación, por tal motivo, los componentes electrónicos de los satélites y los seres vivos deben protegerse bajo cabinas especiales. En la Tierra, por otra parte, la probabilidad que sucedan daños disminuye sustancialmente, pues incluso en el muy improbable caso de que un núcleo primario llegase al suelo, la fracción de energía depositada en una interacción sería muy pequeña. Química de las radiaciones “ionizantes” La química de las radiaciones ionizantes estudia las características de las reacciones químicas que resultan de la exposición de un sistema a tales radiaciones. En un sentido estricto, el término “radiación” incluye rayos X y rayos gama, aunque se aplica también a los haces de partículas tales como rayos a, electrones, neutrones y protones ( Glasstone y Lewis, 1962). Por exposición a las radiaciones ionizantes se pueden obtener reacciones de diferentes tipos: síntesis, descomposición, polimerización, cambios isoméricos, oxidación y reducción. Las reacciones que resultan de la exposición a estas radiaciones, se diferencian de las reacciones ordinarias (térmicas u oscuras) porque implican un aumento de la energía libre del sistema en reacción. Los efectos químicos producidos tienen algunos aspectos en común con la fotoquímica (la fotoquímica considera a la radiación de las regiones visible y ultravioleta): generan procesos primarios (absorción de energía) y procesos secundarios ( reacciones subsiguientes). En las reacciones fotoquímicas el proceso primario produce átomos, radicales libres o moléculas excitadas; en una reacción radioquímica se producen además iones y electrones. Los iones aparentemente reaccionan entre sí, para formar átomos y radicales libres que luego intervienen en reacciones térmicas de la manera usual. Mientras el proceso fotoquímico primario puede
depender de la energía de la luz absorbida, las reacciones producidas
por partículas de alta energía son independientes de la
energía de la partícula o fotón. Sin embargo, la
extensión de la reacción es aproximadamente proporcional
a la energía absorbida por las sustancias reaccionantes. Una
medida cuantitativa de estos efectos inducidos por la radiación
está dada por el llamado valor G de la reacción, que se
define como el número de moles que reaccionarán por 2306
Kcal de energía absorbida. Cuando se pasa un haz de radiación (o partículas)
de alta energía por la materia, muy aproximadamente la mitad
de la energía absorbida provoca la ionización de las moléculas
arrancando electrones; la restante produce excitación electrónica.
En un proceso fotoquímico, la molécula excitada está
en un primer nivel electrónico por encima del estado fundamental.
Pero con radiación de alta energía, la energía
disponible es tan grande que en el proceso primario pueden formarse
varios estados excitados. La complejidad de las etapas secundarias,
que incluyen radicales libres, iones y moléculas excitadas, es
por lo tanto mucho mayor que en la mayoría de las reacciones
fotoquímicas. Se denomina microgravedad al estado de movimiento que produce que el peso aparente de un cuerpo o sistema sea muy pequeño comparado con su peso producido por la atracción gravitatoria de la Tierra. Una nave espacial en órbita terrestre puede ser considerada como un sistema en permanente caída libre hacia la Tierra, por lo que ella y todo su contenido estarán en microgravedad: su peso es prácticamente el mismo que en la superficie del planeta (el valor de la gravedad a 300 Km de altura es sólo un 10% menor respecto de su valor a nivel del mar), sin embargo su peso aparente es prácticamente cero. En el entorno de microgravedad de la Estación Espacial Internacional el peso aparente de un objeto es aproximadamente una millonésima de su peso normal a nivel del mar. En un entorno de microgravedad los procesos de convección, capilaridad, sedimentación, difusión, etc., varían de tal forma que a veces es casi imposible poder comprender y predecir en forma precisa el desarrollo de ciertos procesos considerados sencillos en Tierra. Estas variaciones producen consecuencias trascendentales en ciertas áreas científicas y tecnológicas actualmente en desarrollo, como por ejemplo en Biotecnología, etc. (González et al, 2000) 4. REFRACCIÓN La refracción es una cualidad de los materiales translúcidos de desviar los rayos de luz que los atraviesan en una dirección determinada, produciendo efectos de reflejo y distorsión característicos. Al fenómeno de refracción se debe el que una regla sumergida parcialmente en el agua, parezca como quebrada, también el que una moneda parezca más elevada junto con el fondo de un recipiente con agua en el que se encuentra. En un medio homogéneo una onda plana se desplaza en línea recta con una velocidad que es característica del medio. Cuando la onda llega a la superficie que separa un medio del otro, parte de la onda es reflejada en esa superficie y vuelve al primer medio y parte de la onda pasa al segundo medio. La parte que entra en el segundo medio recibe el nombre de onda refractada (Fig. 2).
Fig. 2. Rayo de luz que incide sobre la superficie de un medio transparente y se refracta: cambia su dirección y velocidad al propagarse en el nuevo medio.
La intensidad de la onda reflejada es rI0 , en donde
I0 es la intensidad de la onda incidente y r es la fracción de
onda reflejada. Entonces la intensidad de la onda refractada es I0 -
rI0 = (1-r) I0. El valor de r varía entre 0 y 1, según
las circunstancias. Puede ser exactamente 1,00, en cuyo caso no hay
onda refractada y la onda incidente es reflejada en su totalidad. Sin
embargo, r nunca es exactamente cero: siempre hay alguna reflexión
en la superficie que separa dos medios (Cromer, 1984). Leyes de la refracción de la luz
Índice de refracción El índice de refracción (n1,2) se refiere al grado de cambio de dirección y velocidad de la luz al pasar desde un medio a otro. Su valor se determina a partir de la Ley de Snell, aunque también puede obtenerse a través de la razón de la velocidad de la luz en el aire (V1) con respecto a la velocidad de la luz en el medio que atraviesa (V2): n1,2 = V1/V2.
Como la velocidad de la luz en una sustancia es siempre menor que la velocidad de la luz en el vacío, el índice de refracción de toda sustancia es siempre mayor que 1. Por ejemplo, la velocidad de la luz en el agua es 2,25 . 108 m/s, de modo que el índice de refracción del agua es 3,00 . 108 m/s (velocidad de la luz en el vacío) / 2,25 . 108 m/s = 1,33. Usualmente, el índice de refracción se utiliza para medir la refracción y su valor depende de la naturaleza de los medios 1 y 2. Si el primer medio es el vacío, entonces el índice de refracción del segundo medio respecto del vacío se llama índice de refracción absoluto o simplemente índice de refracción del segundo medio; indicándoselo con n o sino no2 ... (Devoto, 1967). Medición En la literatura se encuentran tablas con valores de índice de refracción para muchas sustancias, en éstas siempre se consigna la longitud de onda y la temperatura a la cual fueron medidos (por lo general: Línea D1 del sodio y 20 °C). Estas aclaraciones deben hacerse debido a que el índice depende, entre otras variables, de la longitud de onda del haz luminoso, de la temperatura (por sus efectos sobre la densidad del medio), y de la composición y concentración del medio donde se produce la propagación del haz. El equipo usado para realizar esta medición es el refractómetro. Si bien en principio mide índice de refracción, puede tener escalas graduadas en otras magnitudes que están relacionadas con el mismo. Ejemplos de dichas escalas son:
Usos del Índice de Refracción • Control de pureza y calidad 5. POLARIZACIÓN La luz visible, como toda onda electromagnética, es una onda transversal; las direcciones de vibración de los vectores eléctrico y magnético son perpendiculares a la dirección de propagación, en vez de ser paralelas a ella, como ocurre en las ondas longitudinales. Las ondas transversales tienen la característica de ser planamente polarizadas. En una onda transversal planamente polarizada es necesario especificar dos direcciones; la de la perturbación ondulatoria y la de la propagación (Fig. 3)
En una onda longitudinal la dirección del vector
E y la dirección de propagación son idénticas. La luz visible que se propaga en una dirección
dada está formada por trenes de ondas independientes cuyos planos
de vibración están orientados al azar con respecto a la
dirección de propagación (Fig. 4).
Fig.
4: Luz no polarizada que avanza hacia el observador, vista como una
superposición
La luz de la figura 4, aunque sigue siendo transversal, no está polarizada. La orientación al azar de los planos de vibración produce una simetría respecto a la dirección de propagación, la cual cancela la naturaleza transversal real de las ondas (Halliday et al, 1996). Cuando se desea estudiar la naturaleza transversal de cada onda se deben separar los diferentes planos de vibración. Luz polarizada en un plano La luz polarizada en un plano es luz cuyas vibraciones
ocurren en uno solo de los planos posibles.
Polarización por absorción Es uno de los métodos más utilizados para polarizar un haz de luz, aquí la luz ordinaria se convierte en polarizada haciéndola pasar a través de una lámina hecha del material conocido como polaroid (Morrison y Boyd, 1990). En las láminas polarizantes existe una dirección de polarización característica que se establece durante el proceso de fabricación, introduciendo ciertas moléculas en una lámina de plástico flexible, cuya estructura es la de una cadena larga, y estirándola después para que las moléculas se orienten paralelas entre sí. La lámina transmite sólo a los componentes de los trenes de onda cuyos vectores eléctricos vibran paralelos a la dirección de las cadenas moleculares y absorbe aquellas componentes que vibran en dirección perpendicular. La luz que sale, está polarizada en un plano. En la figura 5 se observa un haz de luz con dirección z que incide sobre un polaroid cuyo eje de transmisión está en la dirección y.
La mitad de la luz incidente tiene, en valor medio, su vector E en la dirección y y la otra mitad en la dirección x. De esta forma la luz que se transmita estará polarizada linealmente, con su vector E en dirección y. Por otra parte, su intensidad será, la mitad de la que era originalmente. Si se coloca un segundo polaroid, el vector E de la luz que se encuentra entre éste y el primero, se descompondrá nuevamente en sus componentes x e y para sólo pasar el componente paralelo a la dirección del segundo polaroid (Fig. 5). En este caso la intensidad transmitida será proporcional al cuadrado de la amplitud transmitida, según la siguiente ecuación (Ley de Malus ):
Cuando se colocan sucesivamente dentro de un haz dos elementos polarizantes, el primero se denomina polarizador y el segundo analizador. Si el polarizador y al analizador tienen sus ejes perpendiculares entre sí, no pasará ninguna luz (Tipler, 1992). Actividad óptica Como definición, una sustancia ópticamente activa es aquella que puede rotar el plano de la luz polarizada, es decir, que cuando se hace pasar luz polarizada vibrando en un plano determinado a través de ella, éste emerge vibrando en un plano diferente. La mayoría de los compuestos no rotan el plano de la luz polarizada. La causa de que algunos sí lo hagan no está en la familia química específica a la cual pertenezcan, puesto que se encuentran sustancias ópticamente activas en todas ellas. Cuando un haz de luz polarizada atraviesa una molécula individual, casi siempre su plano se rota ligeramente debido a la interacción con la nube electrónica y núcleos positivos de la molécula (en las moléculas polares existe un extremo cargado positivamente y un extremo cargado negativamente. En las moléculas no polares, en cambio, la distribución de cargas es en promedio simétrica, sin embargo, debido al desplazamiento de los electrones, en un instante cualquiera, esa distribución se puede distorsionar y generar un pequeño dipolo momentáneo). La orientación y la magnitud de la rotación varían con la orientación de la molécula particular en el haz. En la mayoría de las sustancias, y debido a la distribución al azar del enorme número de moléculas que constituyen incluso la muestra más pequeña de un compuesto puro, por cada molécula que atraviesa la luz hay otra idéntica orientada como imagen especular de la primera, lo que cancela exactamente el efecto. El resultado neto es la ausencia de rotación, es decir, la inactividad óptica, de modo que ésta no es una propiedad de las moléculas individuales, sino más bien de la distribución al azar de moléculas que pueden servir de imágenes especulares recíprocas. Por consiguiente, la inactividad óptica requiere que una molécula de un compuesto actúe como imagen especular de otra. Es así que en una muestra de un enantiómero puro, ninguna molécula puede servir como imagen especular de otra, por lo que no hay anulación de rotaciones, y el resultado neto es la actividad óptica. Así, la misma imposibilidad de superponer imágenes especulares que origina la enantiomería es también la que explica la actividad óptica. Existe una condición necesaria y suficiente para la existencia de enantiómeros: la quiralidad . Se dice que una figura geométrica tiene quiralidad, si su imagen en un espejo plano, no puede hacerse coincidir consigo misma (Fig. 6).
Sólo si las moléculas de un compuesto son quirales, el compuesto podrá existir como enantiómero. Si bien la no superponibilidad con la imagen especular es condición necesaria y suficiente para la enantiomería; es también condición necesaria- pero no suficiente- para la actividad óptica. La observación de actividad óptica indica quiralidad, pero la presencia de moléculas quirales no siempre indica que existirá actividad óptica: una mezcla de cantidades iguales de enantiómeros es ópticamente inactiva. Para poder observar actividad óptica el material debe tener un exceso de uno de los enantiómeros, suficiente para que la rotación neta pueda ser detectada con un polarímetro. El exceso de uno de los enantiómeros debe ser lo suficientemente persistente como para alcanzar a medir la actividad. Si los enantiómeros se interconvierten rápidamente, antes de medir la actividad debida a uno de ellos, se obtendría una mezcla en equilibrio, de composición 50:50 y ópticamente inactiva, puesto que ambos enantiómeros son de la misma estabilidad. Medición La actividad óptica de una sustancia puede detectarse y medirse a través del uso de un polarímetro (Fig. 7). El polarímetro consta de una fuente luminosa, dos polaroides, y entre ellos un tubo portador de la sustancia. La luz pasa por el primer polaroid (el polarizador), luego por el tubo, después por el segundo polaroid (el analizador), y finalmente llega al ojo. Si el tubo está vacío el máximo de luz alcanza al ojo cuando la disposición de ambas lentes es tal que dejan pasar la luz que vibra en el mismo plano. Si se rota el analizador a una posición perpendicular a la posición original, la luz alcanzará el mínimo. Cuando se usa el polarímetro los polaroides deben ajustarse de tal modo que pase el máximo de luz. Si la sustancia no afecta el plano de polarización, la transmisión lumínica seguirá siendo máxima, y se dice que el compuesto es ópticamente inactivo. En cambio, si la sustancia desvía el plano de polarización, debe rotarse el analizador para ajustarla al nuevo plano, si se quiere que la transmisión lumínica sea nuevamente máxima; en este caso se dice que el compuesto es ópticamente activo. Si la rotación del plano, por ello la rotación del analizadores hacia la derecha, la sustancia es dextrógira (lo que se indica con un signo +); si la rotación es hacia la izquierda, la sustancia es levógira (lo que se indica con un signo -). El polarímetro además permite conocer la magnitud del giro, que es el número de grados que se debe rotar el analizador para alcanzar nuevamente el máximo de luz. La magnitud de la rotación depende de la cantidad de moléculas que sean interceptadas por la luz a su paso por el tubo, por tanto, a mayor longitud del tubo, mayor rotación. Si el compuesto activo se encuentra en solución, la cantidad de moléculas con que se encuentra la luz depende de la concentración. Rotación específica
La rotación específica es una propiedad tan característica de un compuesto como lo son sus puntos de fusión y ebullición, su densidad, índice de refracción, etc. Usos de la luz polarizada Los primeros estudios de la polarización se realizaron con el fin de investigar la naturaleza de la luz. En la actualidad, el procedimiento se invierte y se deduce algo respecto a la naturaleza de un objeto a partir del estado de polarización de la luz dispersada o emitida por él. Una de las aplicaciones de la luz polarizada tiene incumbencias en la Química Orgánica, donde permite investigar si una sustancia es ópticamente activa o no. El estudio de la actividad óptica de las sustancias, se utiliza entre otras cosas, para diferenciar y separar enantiómeros. Por ejemplo, el 2-Metil-1-butanol existe como sustancia levógira y como sustancia dextrógira, ambas comparten idénticas constantes químicas y físicas, salvo el valor de rotación específica, esta propiedad permite su identificación y separación:
La luz polarizada también es utilizada para
caracterizar aceites esenciales. En estos análisis, la rotación
específica es considerada una herramienta de importancia para
controlar la autenticidad y calidad de una muestra determinada. La identificación de ciertas drogas en líquidos corporales y la averiguación de niveles de glucosa en orina de diabéticos, son asimismo, otros ejemplos de la aplicación que se ha dado a la luz polarizada.
MATERIALES Y MÉTODOS Los aceites esenciales enviados al espacio de A. boronioides, G. chiloensis y S. chilensis, fueron los que menos variaciones en cuanto a su composición química presentaron al compararse con las respectivas muestras testigo (Fig. 8 ).
Considerando esto, resultó interesante evaluar si lo mismo sucedía con las propiedades físicas. En este primer trabajo, se estudió el aceite esencial de A. boronioides. Se calcularon la Rotación específica y el Índice de refracción. Para la determinación de la Rotación específica de las dos fracciones (testigo y espacio) se recurrió al uso de un Polarímetro SR-6 PolyScience, con luz de sodio. Las muestras se utilizaron diluidas, debido a que la cantidad de material disponible resultó ser insuficiente para completar el tubo del polarímetro. Como solvente se utilizó ciclohexano (sustancia inactiva frente a la luz polarizada). Para la determinación del índice de Refracción se utilizó un Refractómetro de Abbe- 3L Spectronic. En este caso se empleó el material sin diluir. Ambas determinaciones se realizaron a 20 ºC.
En la tabla 1 se observa que los valores de Rotación óptica y de Rotación específica son diferentes para las dos muestras analizadas.
Tabla 1. Valores de Rotación óptica y de Rotación específica para el aceite esencial de A. En ambos casos el plano de la luz polarizada es desviado hacia la derecha, la diferencia radica en la magnitud del giro. La magnitud del giro es un 12% mayor en la fracción enviada al espacio. Por otro lado también se registraron valores
diferentes de Índice de Refracción en las dos muestras
analizadas. Resultando ser un 0,05 % superior el valor para la muestra
enviada al espacio (Tabla 2).
Tabla 2. Valores de Índice de Refracción para el aceite esencial de A. boronioides. CONCLUSIONES El estudio del Índice de Refracción y de la Rotación específica del aceite esencial de A. boronioides, revela que la fracción sometida a condiciones diferentes a las reinantes en la Tierra (microgravedad, radiación cósmica, temperaturas variables, etc.) sufrió modificaciones físico-químicas que generaron cambios en los valores de las constantes físicas antes mencionadas. Considerando que los estudios químicos realizados hasta la fecha sobre las mismas muestras no manifiestan conclusiones tan evidentes, resulta interesante lo concluido en esta contribución. Es oportuno resaltar además, la relativa rapidez con que pueden obtenerse estas constantes físicas. Esta información puede contribuir a comprender los efectos que en conjunto generan las diferentes variables a las cuales estuvieron sometidos los aceites esenciales, sobre las características estructurales de los compuestos que constituyen la materia orgánica analizada. Para avanzar sobre esta idea, será necesario realizar un análisis químico detallado de cada fracción del aceite esencial, identificar los componentes mayoritarios de las mismas y finalmente hipotetizar sobre qué reacciones químicas debieron tener lugar para desencadenar cambios cuali-cuantitativos revelados partir del estudio de las propiedades físicas. Los aportes realizados, sumados a otros que sería interesante hacer en un futuro, como la descripción del punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad en solventes, etc., darán las herramientas necesarias para intentar aislar, purificar y hasta sintetizar sustancias de la mezcla con posible interés para la medicina, biología o la industria. Por otra parte, lograr comprender el rol que jugó cada una de las variables consideradas sobre los cambios registrados, no será posible de hacer en este trabajo, debido a que las muestras fueron sometidas a una “mezcla de variables”. En una elaboración de diseño experimental futura, podría por ejemplo, reducirse considerablemente el tiempo de aislamiento, las temperaturas variables podrían controlarse colocando las muestras en recipientes termostáticos y los rayos cósmicos podrían detenerse utilizando materiales adecuados. La aceleración en el despegue y la microgravedad por su parte, no pueden controlarse tan fácilmente, pero aun así, los avances sobre este punto serían notables y se podría obtener información valiosa sobre las diferentes y particulares interacciones. Resultaría conveniente además, que de realizarse experiencias de este tipo, las fracciones consideradas (testigos y muestras a enviar a la estación espacial) se trasladaran juntas hasta el lugar donde se depositan los materiales antes del despegue. De esta forma, ambas fracciones estarían expuestas a iguales condiciones durante el viaje desde su lugar de origen (en este caso UNPSJB) hasta su lugar de arribo (edificios de la NASA).
UTILIDAD DE TRABAJOS COMO EL PRESENTE Los trabajos de esta índole pueden ser provechosos para los estudiantes de Física II porque:
Entender que existe una situación problema, diseñar un experimento que permita abordarla, reunir resultados a partir de la observación, poder concluir a partir de los mismos son, entre otros, pasos a seguir propios de la actividad de investigación en ciencia. Poder practicarlos en los primeros años de la carrera universitaria resulta ser muy estimulante. Estudiar investigando puede ser la gran estrategia para seguir aprendiendo y continuar avanzando hacia la construcción del conocimiento. BIBLIOGRAFÍA • Arqueros, F. 1994. “Rayos
Cósmicos: Las Partículas más Energéticas
de la Naturaleza”. Extraído el 07/05/01 del sitio |
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Hasta el presente se han producido los siguientes trabajos a partir de los aceites del SEM 06:
• La Dra. González, en conjunto con investigadores de la Universidad de Buenos Aires, realizó un estudio sobre la estabilidad de los aceites. El mismo fue presentado al XIII Congreso Nacional de Recursos Naturales Aromáticos y Medicinales, SAIPA, 22 al 25 de noviembre de 2000, Crespo, Entre Ríos, y será publicado en las Actas correspondientes.
• Alumnos de las carreras
de Ingeniería Forestal y de Licenciatura en Biología, de la
Sede Esquel de la Universidad Nacional de la Patagonia “San
Juan Bosco”, estudiaron los cambios que pudieran haber ocurrido en las
propiedades físicas de los aceites. Los alumnos fueron
guiados por la Dra. González y en particular la Alumna Soledad MOLARES
rindió el examen final de la Asignatura Física
II con el trabajo que se adjunta.
Los
aceites esenciales de nueve especies pertenecientes a la flora aromática
patagónica: Adesmia boronioides Hook.f., Acantholippia seriphioides
(A. Gray) Mold., Baccharis obovata Hook.et Arnott, B. linearis (Ruiz
et Pav.) Persoon, Grindelia chiloensis (Corn.) Cabrera, Pyrethrum balsamita
L., Senecio bracteolatus Hook et Arnott. , S. filaginoides DC. y Solidago
chilensis Meyen, fueron enviados en el transbordador Atlantis, en la
misión espacial que tuvo lugar entre el 19 y 29 de Mayo de 2000,
como parte de uno de los experimentos SEM-NASA-CONAE (Space Experiment
Module-National Aeronautics and Space Administration-Comisión
Nacional de Actividades Espaciales) que participaron en el vuelo STS
101 de este transbordador. Las muestras enviadas al espacio fueron sometidas
a las siguientes condiciones: tiempo de aislamiento, aceleración
de 4 G en el despegue, microgravedad, rayos cósmicos, y temperaturas
que oscilaron entre los –37°C y 27°C.
La
flora aromática patagónica, en particular la correspondiente
al ecotono bosque-estepa está representada por un gran número
de especies vegetales, pertenecientes a diversas familias botánicas.
