Fotoluminescência de óleos essenciais : um estudo sobre seus mecanismos e potenciais aplicações

Abstract

Resumo: Óleos essenciais são misturas complexas de substâncias orgânicas da família química dos terpenos e compostos aromáticos extraídas de plantas, as quais possuem grande importância comercial devido às suas diversas aplicações nos setores industriais farmacêutico, de alimentos, fragrâncias e cosméticos associadas com suas propriedades organolépticas e biológicas. Além das propriedades já citadas, estes materiais também são luminescentes e estudos recentes encontrados na literatura citam o potencial uso desta propriedade para a detecção de óleos essenciais em diferentes matrizes, para o diagnóstico por imagem de frutos ou in vivo e para a investigação das interações intermoleculares (sinergismos) dos seus componentes, as quais se mostram cruciais para o entendimento dos seus mecanismos de ação biológica. No entanto, ainda não existem estudos a respeito da luminescência destes materiais e seus mecanismos. Dentro deste contexto, este trabalho almeja medir, analisar e compreender o espectro de fotoluminescência de diferentes tipos de óleos essenciais e discutir suas potenciais aplicações citadas na literatura. Seis tipos de óleos essenciais foram escolhidos para este estudo devido às suas diferentes composições e suas importâncias comerciais: citronela (Cymbopogon winterianus), eucalipto citriodora (Eucalyptus citriodora), menta japonesa (Mentha arvensis), botão de cravo (Syzygium aromaticum), laranja amarga (Citrus aurantium) e bergamota (Citrus bergamia). Além da medida de fotoluminescência com comprimento de onda de excitação no visível (474 nm), cromatografia gasosa acoplada com espectroscopia de massa e espectroscopia de absorção no ultravioleta e visível são utilizadas como medidas complementares para avaliação da composição e das propriedades ópticas das amostras estudadas, respectivamente. Além dos óleos essenciais citados, alguns dos seus principais componentes e misturas entre estes componentes foram analisados. Os resultados obtidos com a técnica de absorbância mostraram que todas as mostras de óleos essenciais avaliadas possuem fortes interações intermoleculares no seu estado fundamental, as quais se apresentam na forma de efeitos batocrômicos. As medidas de fotoluminescência revelaram que todos os componentes isolados avaliados neste estudo apresentam emissões estreitas e intensas na região de 550- 555 nm, sendo que alguns destes compostos também apresentam a formação de excímeros. O espectro de fotoluminescência dos óleos essenciais demonstrou interações entre alguns dos seus componentes no estado excitado com excímeros de outros componentes, resultando em um aumento das suas intensidades de emissão. Algumas amostras tiveram suas emissões intensificadas pelo fenômeno de fluorescência por transferência ressonante de energia devido aos seus fortes efeitos batocrômicos. Em alguns sistemas, o espectro de fotoluminescência se mostrou muito sensível à presença de pequenas quantidades de algum componente específico, com destaque para a clorofila presente nos óleos cítricos analisados. Os resultados obtidos reafirmam o potencial do uso da fotoluminescência de óleos essenciais para sua detecção ou no diagnóstico por imagem. Para a investigação dos sinergismos entre seus componentes, a técnica de absorção no ultravioleta e visível mostrou-se mais eficiente. Palavras-chave: Óleos essenciais. Fotoluminescência. Espectroscopia. Sinergismos. Diagnóstico por imagem.

Abstract: Essential oils are complex mixtures of organic substances from the terpenes and aromatic compounds chemical families extracted from plants which are of great commercial importance due to their diverse applications in the pharmaceutical, food, fragrance and cosmetic industries associated with their organoleptic and biological properties. In addition to these properties, these materials are also luminescent and recent studies found in the literature point the potential use of this property for the detection of essential oils in different matrices, for fruits or in vivo imaging and for the investigation of their components intermolecular interactions (synergisms), which are crucial for understanding their mechanisms of biological action. However, there are no studies about the luminescence of these materials and their mechanisms. Thus, this work aims to measure, analyze and understand the photoluminescence spectrum of different types of essential oils and discuss their potential applications cited in the literature. Six types of essential oils were chosen for this study due to their different compositions and their commercial importance: citronella (Cymbopogon winterianus), eucalyptus citriodora (Eucalyptus citriodora), Japanese mint (Mentha arvensis), clove bud (Syzygium aromaticum), bitter orange. (Citrus aurantium) and bergamot (Citrus bergamia). In addition to the photoluminescence measurements with a visible light excitation wavelength (474 nm), gas chromatography coupled with mass spectroscopy and ultraviolet and visible absorption spectroscopy were used as complementary measures to evaluate the composition and optical properties of the studied samples, respectively. In addition to the essential oils mentioned, some of their main components and mixtures between these components were analyzed. The results obtained with the absorbance technique showed that all samples of evaluated essential oils have strong intermolecular interactions in their fundamental state, which were presented as batochromic effects. Photoluminescence measurements revealed that all the isolated components assessed in this study have narrow and intense emissions in the region of 550-555 nm, and some of these compounds also have shown excimer formation. The photoluminescence spectrum of the essential oils demonstrated interactions between some of their components in the excited state with other components excimers, resulting in increased emission intensities. Some samples had their emissions intensified by the resonant energy transfer fluorescence phenomenon due to their strong batochromic effects. In some systems, the photoluminescence spectrum was very sensitive to the presence of small amounts of some specific component, highlighting the chlorophyll presence in the assessed citrus oils. These results reaffirm the potential of using essential oils photoluminescence for its detection or imaging. For the investigation of synergisms between its components, the ultraviolet and visible absorption technique was found to be more effective. Keywords: Essential oils. Photoluminescence. Spectroscopy. Synergisms. Imaging.