從茶葉中提取咖啡因的實驗報告

【專家解說】：從茶葉中提取咖啡因 一、 教學要求： 1、 學習從茶葉中提取咖啡因的基本原理和方法, 了解咖啡因的一般性質。 2、掌握用索氏提取器提取有機物的原理和方法。 3、進一步熟悉萃取、蒸餾、升華等基本操作。 二、 預習內容： 1、萃取 2、蒸餾操作 3、升華操作 4、天然產物的分離提純和鑒定的相關理論知識 三、 基本操作： 1、實驗流程 2、索氏(Soxhlet)提取器 索氏(Soxhlet)提取器由燒瓶、提取筒、回流冷凝管3部分組成, 裝置如圖所示。索氏提取器是利用溶劑的回流及虹吸原理（思考題1）,使固體物質每次都被純的熱溶劑所萃取, 減少了溶劑用量, 縮短了提取時間, 因而效率較高。萃取前, 應先將固體物質研細, 以增加溶劑浸溶面積（思考題2）。然后將研細的固體物質裝人濾紙筒內（思考題3，4）, 再置于抽提筒, 燒瓶內盛溶, 并與抽提筒相連, 抽提筒索式提取器上端接冷凝管。溶劑受熱沸騰, 其蒸氣沿抽提筒側管上升至冷凝管, 冷凝為液體, 滴入濾紙筒中, 并浸泡筒中樣品。當液面超過虹吸管最高處時, 即虹吸流回燒瓶, 從而萃取出溶于溶劑的部分物質。如此多次重復,把要 提取的物質富集于燒瓶內。提取液經濃縮除去溶劑后, 即得產物, 必 要時可用其他方法進一步純化。 思考題1：索式提取器的工作原理？ 思考題2：索式提取器的優(yōu)點是什么？ 思考題3：對與索式提取器濾紙筒的基本要求是什么？ 思考題4：為什么要將固體物質（茶葉）研細成粉末？ 4、升華裝置 四、 實驗原理： 咖啡因又叫咖啡堿, 是一種生物堿 , 存在于茶葉、咖啡、可可等植物中。例如茶葉中含有 1%～5%的咖啡因, 同時還含有單寧酸、色素、纖維素等物質。 咖啡因是弱堿性化合物, 可溶于氯仿、丙醇、乙醇和熱水中, 難溶于乙醚和苯(冷)。純品熔點235～236℃, 含結晶水的咖啡因為無色針狀晶體, 在100 ℃時失去結晶水, 并開始升華，120 ℃時顯著升華，178℃時迅速升華。利用這一性質可純化咖啡因。咖啡因的結構式為 : 咖啡因（1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤） 咖啡因(1,3,7- 三甲基 -2,6- 二氧瞟嶺 ) 咖啡因是一種溫和的興奮劑, 具有刺激心臟、興奮中樞神經和利尿等作用。 提取咖啡因的方法有堿液提取法和索氏提取器提取法。本實驗以乙醇為溶, 用索氏提取器提取 , 再經濃縮、中和、升華, 得到含結晶水的咖啡因。 工業(yè)上咖啡因主要是通過人工合成制得。它具有刺激心臟、興奮大腦神經和利尿等作用。故可以作為中樞神經興奮藥，它也是復方阿司匹林（A.P.C）等藥物的組分之一。 五、實驗步驟： 1、 咖啡因的提取 稱取5g干茶葉, 裝入濾紙筒內, 輕輕壓實, 濾紙筒上口塞一團脫脂棉（思考題5）, 置于抽提筒中, 圓底燒瓶內加人 60～8Oml95% 乙醇, 加熱乙醇至沸, 連續(xù)抽提1h, 待冷凝液剛剛虹吸下去時, 立即停止加熱。 將儀器改裝成蒸餾裝置, 加熱回收大部分乙醇。然后將殘留液 (大約l0～15ml) 傾入蒸發(fā)皿中, 燒瓶用少量乙醇洗滌, 洗滌液也倒人蒸發(fā)皿中, 蒸發(fā)至近干。加入4g 生石灰粉（思考題6）, 攪拌均勻, 用電熱套加熱(100～120V), 蒸發(fā)至干, 除去全部水分（思考題7）。冷卻后, 擦去沾在邊上的粉末, 以免升華時污染產物。 將一張刺有許多小孔的圓形濾紙蓋在蒸發(fā)皿上, 取一只大小合適的玻璃漏斗罩于其上, 漏斗頸部疏松地塞一團棉花（思考題8）。 用電熱套小心加熱蒸發(fā)皿, 慢慢升高溫度, 使咖啡因升華?？Х纫蛲ㄟ^濾紙孔遇到漏斗內壁凝為固體, 附著于漏斗內壁和濾紙上。當紙上出現(xiàn)白色針 狀晶體時, 暫停加熱, 冷至 100 ℃左右, 揭開漏斗和濾紙, 仔細用小刀把附著于濾紙及漏斗壁上的咖啡因刮入表面皿中。將蒸發(fā)皿內的殘渣加以攪拌, 重新放好濾紙和漏斗, 用較高的溫度再加熱升華一次。此時 ,溫度也不宜太高, 否則蒸發(fā)皿內大量冒煙, 產品既受污染又遭損失（思考題9）。合并兩次升華所收集的咖啡因, 測定熔點。 2、咖啡因的鑒定 (1) 與生物堿試劑: 取咖啡因結晶的一半于小試管中, 加 4Cml水, 微熱, 使固體溶解。分裝于2 支試管中, 一支加入1～2 滴 5% 鞣酸溶液, 記錄現(xiàn)象（思考題10）。另一支加 1～2 滴 10% 鹽酸 ( 或 10% 硫酸 ), 再加入 1～2 滴碘一碘化鉀試劑, 記錄現(xiàn)象（思考題11）。 (2) 氧化: 在表面皿剩余的咖啡因中, 加入30%H2O28～10滴, 置于水浴上蒸干, 記錄殘渣顏色。再加一滴濃氨水于殘渣上, 觀察并記錄顏色有何變化（思考題12）? 思考題5：為什么要放置一團脫脂棉？ 思考題6：生石灰的作用是什么？ 思考題7：為什么必須除凈水分？ 思考題8：升華裝置中，為什么要在蒸發(fā)皿上覆蓋刺有小孔的濾紙？漏斗頸為什么塞棉花？ 思考題9：升華過程中，為什么必須嚴格控制溫度？ 思考題10：咖啡因與鞣酸溶液作用生成什么沉淀？ 思考題11：咖啡因與碘-碘化鉀試劑作用生成什么顏色的沉淀？ 思考題12：咖啡因與過氧化氫等氧化劑作用的實驗現(xiàn)象是什么？ 六、存在的問題與注意事項： 1、濾紙筒的直徑要略小于抽提筒的內徑 , 其高度一般要超過虹吸管, 但是樣品不得高于虹吸管。如元現(xiàn)成的濾紙筒, 可自行制作。其方法為 ：取脫脂濾紙一張, 卷成圓筒狀 ( 其直徑略小于抽提筒內徑), 底部折起而封閉(必要時可用線扎緊), 裝入樣品, 上口蓋脫脂棉, 以保證回流液均勻地浸透被萃取物。 2、提取過程中，生石灰起中和及吸水作用 。 3、索式提取器的虹吸管極易折斷，裝置裝置和取拿時必須特別小心。 3、提取時，如留燒瓶里有少量水分, 升華開始時, 將產生一些煙霧, 污染器皿和產品。 4、蒸發(fā)皿上覆蓋刺有小孔的濾紙是為了避免已升華的咖啡因回落入蒸發(fā)皿中, 紙上的小孔應保證蒸氣通過。漏斗頸塞棉花, 為防止咖啡因蒸氣逸出。 5、在升華過程中必須始終嚴格控制加熱溫度, 溫度太高, 將導致被烘物和濾紙?zhí)炕? 一些有色物質也會被帶出來, 影響產品的質和量。進行再升華時, 加熱溫度亦應嚴格控制。 七、深入討論： 咖啡因的其它鑒別方法 咖啡因可以通過測定熔點及光譜法加以鑒別。此外，還可以通過制備咖啡因水楊酸鹽衍生物進一步確證?？Х纫蜃鳛閴A，可與水楊酸作用生成水楊酸鹽，此鹽的熔點為137℃。 咖啡因 水楊酸 咖啡因水楊酸鹽 咖啡因水楊酸鹽衍生物的制備方法：在試管中加入50mg咖啡因、37水楊酸和4甲苯，在水浴上加熱搖振使其溶解，然后加入約1石油醚（60-90），在冰浴中冷卻結晶。如無晶體析出，可以用玻璃棒或刮刀摩擦管壁。用玻璃釘漏斗過濾收集產物，測定熔點。純鹽的熔點137℃。 八、測試題 1、 試述索氏提取器的萃取原理，它與一般的浸泡萃取相比，有哪些優(yōu)點？ 答：索氏提取器是利用溶劑的回流及虹吸原理,使固體物質每次都被純的熱溶劑所萃取, 減少了溶劑用量, 縮短了提取時間, 因而效率較高。 2、 索式提取器有哪幾部分組成？ 答：索氏(Soxhlet)提取器由燒瓶、提取筒、回流冷凝管3部分組成。 3、 本實驗進行升華操作時，應注意什么？ 答：在萃取回流充分的情況下，升華操作是實驗成敗的關鍵。升華過程中，始終都需用小火間接加熱。如溫度太高，會使產物發(fā)黃。注意溫度計應放在合適的位置，使正確反映出升華的溫度。如無砂浴，也可以用簡易空氣浴加熱升華，即將蒸發(fā)皿底部稍離開石棉網進行加熱，并在附近懸掛溫度計指示升華溫度。 九：思考題答案 思考題1答：索氏提取器是利用溶劑的回流及虹吸原理。 思考題2答：使固體物質每次都被純的熱溶劑所萃取, 減少了溶劑用量, 縮短了提取時間, 因而效率較高。萃取前, 應先將固體物質研細, 以增加溶劑浸溶面積。 思考題3答：濾紙筒的直徑要略小于抽提筒的內徑 , 其高度一般要超過虹吸管, 但是樣品不得高于虹吸管。如元現(xiàn)成的濾紙筒, 可自行制作。其方法為 ：取脫脂濾紙一張, 卷成圓筒狀 ( 其直徑略小于抽提筒內徑), 底部折起而封閉(必要時可用線扎緊), 裝入樣品, 上口蓋脫脂棉, 以保證回流液均勻地浸透被萃取物。 思考題4答：主要是為了增加溶劑的浸溶面積，提高萃取效率。 思考題5答：主要是為了使溶劑均勻的浸潤茶葉。 思考題6答：放置生石灰可以中和茶葉中的單寧酸，此外還可以吸收水分。 思考題7答：如留有少量水分，升華開始時，將產生一些煙霧，污染器皿和產品。 思考題8答：在蒸發(fā)皿上覆蓋刺有小孔的濾紙是為了避免已升華的咖啡因回落入蒸發(fā)皿中，紙上的小孔應保證蒸氣通過。漏斗頸塞棉花。為防止咖啡因蒸氣逸出。 思考題9答：溫度太高，將導致被烘物和濾紙?zhí)炕?，一些有色物質也會被帶出來，影響產品的質量。進行再升華時，加熱亦應嚴格控制。 思考題10答：咖啡因屬于嘌呤衍生物，可被生物堿試劑鞣酸生成白色沉淀。 思考題11答：紅褐色的沉淀。 思考題12答：咖啡因可被過氧化氫、氯酸鉀等氧化劑氧化，生成四甲基偶嘌呤（將其用水浴蒸 干，呈玫瑰色），后者與氨作用即生成紫色的紫脲銨。該反應是嘌呤類生物堿的特性反應。