JBCS

INTRODUÇÃO

As hidrazonas e seus derivados são compostos pertencentes a uma classe com a estrutura geral -C=N-NH-R. Tais compostos, geralmente, são obtidos através da condensação de hidrazinas ou hidrazidas com cetonas ou aldeídos.¹ Esta condensação ocorre em solvente prótico e pode ser catalisada em meio ácido.² Além disso, as hidrazonas pertencem a uma importante classe de intermediários sintéticos, com aplicação direta em química orgânica.

Uma característica estrutural importante das moléculas de hidrazonas é a presença ligação azometina (C=N), que é responsável por gerar o tautomerismo azo-hidrazo (H₃C-N=N-R ⇌ H₂C=N NH-R) em solução.³ Devido ao equilíbrio com o seu tautômero azo, as hidrazonas podem apresentar algumas aplicações semelhantes à compostos pertencentes a esta classe. Os azo-compostos são industrialmente muito utilizados como corantes em alimentos, produtos farmacêuticos e cosméticos.⁴ A ligação azometina também é responsável pela formação de isómeros geométricos (E e Z),⁵ que exercem um papel fundamental para a bioatividade apresentada por esta classe molecular, por exemplo: atividade antiprotozoária,⁶ antifúngica⁷ e analgésico.⁸

As cristas papilares são as linhas presentes na ponta dos dedos, separadas por sulcos, que formam os desenhos digitais. Através da transferência de produtos excretados pelas glândulas presentes no corpo humano, é possível deixar as marcas de impressão digital onde um indivíduo toca. Elas são provas físicas consideradas circunstanciais em investigações forenses e na justiça criminal.^9,10 Nesse contexto, as impressões digitais latentes (IDLs) são aquelas que não podem ser vistas a olho nu¹¹ e é necessário aplicar algum método (químico ou físico) de revelação que permita a sua visualização. Nas ciências forenses, uma ampla gama de produtos químicos é utilizada durante as perícias de cenas de crime. Uma das técnicas mais utilizadas atualmente é a técnica do pó, que consiste na aplicação de pó em superfícies apropriadas através do método de empoamento e, pela aderência mecânica do pó à umidade e aos componentes oleosos dos resíduos da impressão digital, ocorre a revelação.¹² Este procedimento proporciona um contraste que permite a visualização das cristas papilares.¹³ Em geral, os derivados de hidrazona são sólidos coloridos, o que é uma característica importante para promover o contraste na técnica do pó, tornando esta classe molecular um potencial revelador de IDLs.

A literatura relata diferentes classes de compostos orgânicos que foram investigados como promissores reveladores de IDLs.^14-19 Neste sentido, este trabalho propõe a de síntese de hidrazonas, compostos clássicos na química orgânica, e sua aplicação como reveladores de impressões digitais, bem como a análise cromatográfica e espectroscópica das mesmas, objetivando a aplicação no ensino de química em cursos técnicos e de graduação. Assim, como estratégia, este experimento pode ser aplicado aos cursos de graduação e técnicos em Química e Farmácia e pode ser dividido em três aulas, sendo uma aula destinada à síntese e recristalização dos compostos; uma aula destinada para análises por Cromatografia Gasosa Acoplada à Espectrometria de Massas (CG-EM), Espectroscopia de Infravermelho (IV) e Espectroscopia de Ultravioleta Visível (UV-Vis); e uma última aula destinada para os testes de revelação de impressões digitais.

 

PARTE EXPERIMENTAL

Materiais e métodos

Procedimento geral para síntese das hidrazonas

Para a síntese das hidrazonas (2a-e, Esquema 1), foram utilizadas as seguintes cetonas: 2-propanona (1a), ciclo-hexanona (1b), ciclopentanona (1c), 3-pentanona (1d) e ciclobutanona (1e). Em um balão (50 mL), foram adicionados 5,25 mmol de ácido p-toluenossulfônico (0,904 g), dissolvidos em 25 mL de etanol. Em seguida, adicionou-se 5 mmol de 2,4-dinitrofenil-hidrazina (0,991 g) e 5 mmol de cetona 1a-e.²⁰ Após adição de todos os reagentes, a reação foi colocada sob refluxo em banho de glicerina e permaneceu durante 2 horas. Os sólidos precipitados foram filtrados sob vácuo e, em seguida, recristalizados usando 100 mL etanol. Após a formação dos cristais, os mesmos foram filtrados por filtração simples e, após secos, pesados para o cálculo do rendimento (66-88%).

 

Os cristais purificados das hidrazonas 2a-e sintetizadas foram identificados e comparados com a literatura por seus espectros infravermelhos (IV) e espectros de massa (EM).

Caracterização química dos compostos sintetizados

Os espectros infravermelhos foram registrados em um espectrofotômetro infravermelho Shimadzu com transformada Fourier, modelo IRSpirit, com patilhas de KBr. A análise cromatográfica foi realizada em um cromatógrafo a gás da marca Shimadzu, modelo GCMS QP2020 NX, equipado com coluna capilar RTX-5MS (30 m × 0,25 mm x 0,25 µm). A temperatura do forno foi ajustada em 40 °C, aumentando 15 °C a cada minuto até atingir 280 °C, com isoterma nesta temperatura durante 10 min. O gás de arraste utilizado foi o gás hélio (66 kPa) a um fluxo de 1,23 mL por minuto. O injetor foi mantido à 280 °C e operou por 1 min no modo split (tempo de amostragem). A temperatura da interface e da fonte de íons era de 300 °C e 200 °C, respectivamente. O sistema EM foi operado em modo de ionização de impacto eletrônico a 70 eV e em monitoramento de íons selecionados (MIS). Os compostos encontrados nas amostras foram identificados usando bancos de dados computadorizados de espectro de massa (NIST17) e dados provenientes da literatura. A varredura dos compostos por espectroscopia de ultravioleta visível (UV-Vis) foi realizada por um espectrofotômetro da marca Bel Photonics, modelo UV-M51, utilizando cubetas de vidro com soluções em metanol a uma concentração de 10 µmol L^-1.

Revelação das impressões digitais

Para a avaliação dos compostos, quatro doadores foram solicitados a fornecer suas impressões digitais naturais e sebáceas. As amostras foram coletadas em superfície de vidro e plástico, aplicando uma pressão média durante 3 a 5 segundos. Para a obtenção do conteúdo natural, as mãos dos doadores foram lavadas com água e sabão neutro e a IDL foi coletada meia hora depois. Para a coleta do conteúdo sebáceo, foi solicitado aos doadores friccionarem os seus dedos nas regiões oleosas do rosto (como testa, nariz e queixo) e homogeneizar uns com os outros, antes de realizar a deposição.²¹ Para obter um pó fino e homogêneo, os cristais purificados foram macerados em almofariz, com o auxílio de um pistilo. Todas as IDLs foram reveladas com as hidrazonas sintetizadas (2a-e) 24 horas após suas deposições. Durante o período de 24 horas, as impressões digitais depositadas foram mantidas em uma sala adequada, ambiente fechado à temperatura ambiente, sem o risco de contaminantes. Foram utilizados pincéis específicos para a revelação e limpeza do excesso de pó (132LBW e CFB100 da Sirchie®, respectivamente). As avaliações das reveleações das impressões digitais foram efetuadas em uma sala fechada, com controle de umidade utilizando ar condicionado. Além disso, as impressões digitais foram fotografadas e tratadas digitalmente para uma melhor visualização dos resultados.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 1 apresenta um diagrama esquemático, resumindo as etapas utilizadas para síntese das hidrazonas, recristalização e a análise desses compostos, além da sua aplicação como reveladores de impressões digitais latentes.

 

 

A metodologia de síntese de hidrazonas descrita neste trabalho apresenta uma reação onde o produto é formado por meio da condensação equimolar de hidrazina, neste caso, a 2,4-dinitrofenil-hidrazina, com cetonas. A partir disso, foram utilizadas cinco cetonas diferentes de modo a obter cinco análogos de hidrazonas. Devido a forte reatividade da hidrazina, geralmente o método não requer meio ácido, entrentanto a adição deste tipo de catalisador na reação pode propiciar uma reação com maior velocidade, por este motivo foi feito o uso de ácido p-toluenossulfônico. No primeiro passo da reação, a substância carbonilica (cetona) é protonada e logo após a hidrazina é adicionada na carbonila. Após a formação de água ligada direto ao carbono quarternário, e, posterior desidratação, há formação de sal. Como a reação inicia com o meio ácido, há sobra desse próton que pode ser removido através do isolamento da reação com lavagens sucessivas com água e filtração a vácuo para separação da hidrazona formada.²² Um mecanismo similar pode ser revisitado através de literatura básica, que prevê a formação de oximas.²³ No Esquema 2, está demonstrado o mecanismo geral de formação de hidrazonas, promovido por meio da adição de APTS.

 

 

De acordo com a metodologia supracitada, foi sintetizada uma sequência de hidrazonas 2a-e usando 2,4-dinitrofenil-hidrazina como reagente de partida, substituída por 5 cetonas diferentes. Após sintetizados, os compostos foram caracterizados por Espectroscopia de IV e CG-EM. Como exemplo, a Figura 2 mostra o espectro infravermelho do composto 2e. Pode-se observar que o grupo hidrazona apresenta duas ligações características: N-H e C=N, detectados no espectro a 3500 e 1750 cm^-1, respectivamente. De acordo com o reagente de partida utilizado, as moléculas apresentam dois grupos nitro, demonstrando 2 bandas fortes a 1500 e 1390 cm ¹. Além disso, todos os compostos em estudo no presente trabalho apresentam um anel aromático em suas estruturas, por esta razão as faixas características das ligações C=C são observadas em torno de 1600 cm^-1 e o estiramento das ligações C-H dos carbonos sp² em torno de 3300 cm^-1.

 

 

As Figuras 3a e 3b ilustram o cromatograma e o espectro de massa do composto 2b, respectivamente. No cromatograma (Figura 3a) é possível observar a presença de apenas um pico, referindo-se ao composto em análise. O respectivo espectro de massa (Figura 3b) para o pico mostra o íon molecular (m/z) correspondente ao peso molecular da substância, com uma massa M⁺ de 278. Além do mais, o perfil de fragmentação está de acordo com a literatura, confirmando a estrutura. Todos espectros de infravermelho, cromatogramas e espectros de massa dos demais compostos estão disponíveis no Material Suplementar.

 

 

A Figura 4 mostra os espectros de UV-Vis de todas as moléculas de hidrazonas sintetizadas. Os espectros foram registrados através de soluções em metanol, na faixa de 200-800 nm, enquanto as absorções aparentes foram observadas principalmente de 250 a 500 nm.

 

 

Todos os compostos apresentam em sua estrutura uma conjugação com o sistema π-anel. Analisando a Figura 4, os compostos sintetizados mostraram uma faixa de máximos de absorção em 355-365 nm (λmax), que é atribuível à transição eletrônica n→π* do sistema dos grupos cromóforos azo (H₃C-N=N-R) quando apresentados na forma do seu tautômero desprotonado, responsável por sua cor amarelo-alaranjado.²⁴

A relação entre a cor da molécula (pó) de cada composto, os grupos cromóforos identificados pela faixa de comprimento de onda onde ocorreu a absorção, e as respectivas faixas de IV são mostradas na Tabela 1.

 

 

A partir das IDLs naturais e sebáceas de 4 doadores depositadas, foram aplicadas as hidrazonas sintetizadas (2a-e) nas diferentes superfícies (vidro e plástico) e foi avaliada a eficácia de revelação de impressões digitais naturais e sebáceas através do nível de detalhes das cristas papilares, que são os relevos presentes nas pontas dos dedos responsáveis pelos desenhos das impressões digitais. Nesse sentido, para avaliar a qualidade das impressões digitais reveladas, foi empregada a escala desenvolvida por Sears e colaboradores,²¹ descrita na Tabela 2.

 

 

As Figuras 5, 6, 7 e 8 apresentam a revelação das impressões digitais naturais e sebáceas, depositadas em superfície de vidro e plástico, reveladas com aplicação da hidrazona 2d.

 

 

 

 

 

 

 

 

O pó realiza uma interação físico-química com os componentes presentes na IDL e, através de interações intermoleculares, é possível fazer a revelação da mesma. Sabe-se que no suor humano estão presentes muitos compostos inorgânicos como cloretos e íons metálicos e, principalmente, água, sendo possível a revelação de uma IDL através de ligações de hidrogênio e interações do tipo dipolo-dipolo com os componentes químicos do pó. A IDL também pode conter muitos compostos orgânicos como aminoácidos, proteínas, ácidos graxos, glicerídeos, hidrocarbonetos, dentre outros. Nesse caso, o pó pode aderir à IDL através de interações entre moléculas apolares, do tipo dispersões de London ou ligações de hidrogênio.²⁵

Nas figuras observa-se um nível de detalhe entre 3 para as revelações de impressões digitais sebáceas e 4 para os naturais, de acordo com a escala citada anteriormente. Vale ressaltar que as impressões digitais variam de pessoa para pessoa, sendo influenciadas por características intrínsecas de cada doador, tais como: alimento, sexo, idade, entre outras.²⁶ Por esta razão, é possível notar que, como é mostrado na Figura 6, o pó pode ter uma boa aderência para os resíduos da marca de dedo de um doador e para outro não. Na Figura 7, para os doadores a, b e d, o nível de detalhe das impressões digitais reveladas se encaixam no nível 4 de detalhamento. Já para o doador c, o nível foi um pouco menor, encaixando-se no nível 3, pois houve um maior acúmulo de conteúdo sebáceo. Assim como a Figura 8 mostra que cada doador apresenta uma quantidade característica de conteúdo sebáceo, que não pode ser padronizado, pois é inerente ao indivíduo. Uma grande quantidade de conteúdo sebáceo ou uma pressão excessiva ao depositar a IDL pode causar uma diminuição no nível dos detalhes. Assim, nestes casos, o menor acúmulo de gordura, fornece a melhor definição das cristas papilares.

É importante ressaltar que as moléculas sintetizadas mostraram comportamento semelhante para a revelação tanto do conteúdo natural quanto do conteúdo sebáceo das impressões digitais. A boa qualidade na visualização do conteúdo sebáceo é de suma importância, uma vez que é comum a menor definição das cristas completas das impressões digitais sebáceas em comparação com as impressões naturais. A quantidade de material sebáceo presente possui relação direta com a intensidade da revelação obtida, de acordo com quantidade de conteúdo lipídico excretado pelas glândulas sebáceas característica de cada doador. Sabe-se que a textura de um substrato e a presença de interações eletrostáticas afetam os métodos físicos, tais como o pó. O escopo de pesquisa publicado por Croxton e colaboradores.²⁷ indicou que o aumento do conteúdo sebáceo era altamente dependente de doadores, com alguns doadores exibindo um aumento de dez vezes no conteúdo sebáceo em comparação às impressões digitais naturais e outros demonstrando nenhum aumento significativo no conteúdo lipídico. Neste sentido, a quantidade de material sebáceo presente se correlacionará diretamente com a intensidade da revelação obtida com as impressões digitais sebáceas.²⁹ Também deve ser observado que o desempenho do revelador foi mais promissor na superfície de vidro, pois é uma superfície lisa. Por outro lado, a superfície plástica, por ser do tipo porosa, causa um maior acúmulo de resíduos nos sulcos (região entre as cristas papilares), dificultando uma visualização mais clara das linhas.²⁸

Por fim, cabe salientar que, com esse experimento, é possível trazer ao aluno noções sobre síntese orgância, mais especificamente de hidrazonas, que são compostos clássicos desta área da química. Além de ter tópicos de cromatografia, espectroscopia e química forense, especialmente, sobre papiloscopia. A utilização das hidrazonas traz, para fins didáticos, a ampliação da aprendizagem, estabelecendo uma conexão entre a teoria de mecanismos de síntese orgânica e uma aplicação disto na prática, contemplando entendimentos de química orgânica. A aplicação destes compostos como reveladores de impressões digitais latentes também são de grande interesse, visto que a química forense é uma área em ascenção e de suma importância para investigações e órgãos públicos.

 

CONCLUSÃO

O experimento proposto no presente trabalho pode ser aplicado no ensino de química, em cursos técnicos e de graduação, nos quais é possível fazer uma abordagem teórica e prática sobre a síntese de hidrazonas, tendo em vista que estas pertencem à uma classe de compostos bem estabelecida na literatura, num contexto de química aplicada à área orgânica e forense. Além disso, foi apresentada a técnica de CG-EM e espectroscopias de IV e UV-Vis, demostrando conteúdos teóricos acerca delas e a sua utilização na prática. O precedimento de síntese descrito é de fácil repercussão, o que permite o seu uso em sala de aula. O fato de trazer uma aplicação diferente para compostos clássicos, faz com que desperte a atenção dos alunos tendo em vista a sua importância e a grande ascenção de pesquisas forenses nos tempos atuais.

MATERIAL SUPLEMENTAR

O material suplementar relacionado a este artigo apresenta tabelas e figuras que estão disponíveis em http://quimicanova.sbq.org.br, em formato PDF, com acesso livre.

 

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT Forense), ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq 465450/2014-8) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES código de financiamento 001) pelo suporte financeiro.

 

REFERÊNCIAS

1. Desale, V. J.; Mali, S. N.; Thorat, B. R.; Yamgar, R. S.; Curr. Comput.-Aided. Drug Des. 2021, 17, 493. [Crossref]

2. Curotto, V. F.; Echeverría, G. A.; Piro, O. E.; Diez, R. P.; Baró, A. C. G.; Spectrochim. Acta, Part A 2015, 137, 692. [Crossref]

3. Romero, E. L.; D'Vries, R. F.; Zuluaga, F.; Chaur, M. N.; J. Braz. Chem. Soc. 2015, 26, 1265. [Crossref]

4. Pinheiro, H. M.; Touraud, E.; Thomas, O.; Dyes Pigm. 2004, 61, 121. [Crossref]

5. Arruda, I. E.; Macedo, B. V. S.; Macedo, J. C.; Campos, W. R. A.; Araújo, C. R. M.; Gonsalves, A. A.; Quim. Nova 2020, 43, 642. [Crossref]

6. Souza, D. C. M.; Sousa, V. C.; Cruz, L. P. L.; Carneiro, S. M. P.; Alves, M. M. M.; Carvalho, F. F. A.; Costa, M. P.; Corrêa, C. M.; Gonsalves, A. A.; Araújo, C. R. M.; Quim. Nova 2020, 43, 50. [Crossref]

7. Cachiba, T. H.; Carvalho, B. D.; Carvalho, D. T.; Cusinato, M.; Prado, C. G.; Dias, A. L. T.; Quim. Nova 2012, 35, 1566. [Crossref]

8. Barreiro, E. J.; Fraga, C. A. M.; Miranda, A. L. P.; Rodrigues, C. R.; Quim. Nova 2002, 25, 129. [Crossref]

9. Michalski, S.; Shaler, R.; Dorman, F. L.; J. Forensic Sci. 2013, 58, S215. [Crossref]

10. Amin, M. O.; Al-Hetlani, E.; Lednev, I. K.; TrAC, Trends Anal. Chem. 2021, 143, 116341. [Crossref]

11. Ewing, A. V.; Kazarian, S. G.; Analyst 2017, 142, 257. [Crossref]

12. Sodhi, G. S.; Kaur, J.; Forensic Sci. Int. 2001, 120, 172. [Crossref]

13. Fossoul, J. A.; Zapico, S. C.; Dean, E. R.; Mueller, K. E.; Johnson, C.; Roberts, K. A.; J. Forensic Sci. 2021, 66, 719. [Crossref]

14. Nicolodi, C.; Da Rosa, B. N.; Da Silva, C. C.; Berneira, L. M.; Pacheco, B. S.; Poletti, T.; Venzke, D.; Mariotti, K. C.; Pereira, C. M. P.; Quim. Nova 2019, 42, 962. [Crossref]

15. da Rosa, B. N.; Venzke, D.; Poletti, T.; de Lima, N. P. K.; Camacho, J. T.; Mariotti, K. C.; dos Santos, M. A. Z.; Pizzuti, L.; Carreño, N. L. V.; Pereira, C. M. P.; J. Braz. Chem. Soc. 2020, 31, 1327. [Crossref]

16. Rosa, B. N.; Mariotti, K. C.; Pacheco, B. S.; Silva, C. C.; Carreño, N. L. V.; Nicolodi, C.; Poletti, T.; Silva, A. C. A.; Silva, A. F.; Giongo, J. L.; Vaucher, R. A.; Oliveira, T. F.; Pereira, C. M. P.; Chem. Data Collect. 2021, 33, 100700. [Crossref]

17. Venzke, D.; Poletti, T.; Rosa, B. N.; Berneira, L. M.; Lima, N. P. K.; Oliveira, T. F.; Carreño, N. L. V.; Mariotti, K. C.; Duarte, L. S.; Nobre, S. M.; Pereira, C. M. P.; Chem. Data Collect. 2021, 33, 100680. [Crossref]

18. Pacheco, B. S.; Da Silva, C. C.; Da Rosa, B. N.; Mariotti, K. C.; Nicolodi, C.; Poletti, T.; Segatto, N. V.; Collares, T.; Seixas, F. K.; Paniz, O.; Carreño, N. L. V.; Pereira, C. M. P.; Chem. Pap. 2021, 75, 3119. [Crossref]

19. Passos, L. F.; Berneira, L. M.; Poletti, T.; Mariotti, K. C.; Carreño, N. L. V.; Hartwig, C. A.; Pereira, C. M. P.; Aust. J. Forensic Sci. 2021, 53, 337. [Crossref]

20. Dinore, J. M.; Yelwande, A. A.; Palve, M. P.; Sapkal, A. V.; Int. J. Pharm. Pharm. Res. 2016, 6, 349.

21. Sears, V. G.; Bleay, S. M.; Bandey, H. L.; Bowman, V. J.; Sci. Justice 2012, 52, 145. [Crossref]

22. Clayden, J.; Greeves, N.; Warren, S.; Organic Chemistry, 2^nd ed.; Oxford University Press: New York, USA, 2012.

23. Carey, F. A.; Sundberg, R. J.; Advanced Organic Chemistry Part A: Structure and Mechanisms, 5^th ed.; Springer: Charlottesville, Virginia, 2007.

24. Jaffe, H. H.; Beveridgel, D. L.; Orchin, M.; J. Chem. Educ. 1967, 44, 383. [Crossref]

25. Guerreiro, I. L.; Sampaio, C. G.; Research, Society and Development 2019, 8, 01. [Crossref]

26. Solaiman, R.; Al-Zehouri, J.; J. Pharmacogn. Phytochem. 2017, 6, 726.

27. Croxton, R. S.; Baron, M. G.; Butler, D.; Kent, T.; Sears, V. G.; Forensic Sci. Int. 2010, 199, 93. [Crossref]

28. Bleay, S.; Sears, V.; Downham, R.; Bandey, H.; Gibson, A.; Bowman, V.; Fitzgerald, L.; Ciuska, T.; Ramadani, J.; Selway, C.; Fingerprint Source, 2^nd ed.; Home Office CAST: London, UK, 2017.