溶剂萃取法从茶叶中提取咖啡因

实验原理
用95%乙醇作溶剂，从茶叶中提取咖啡因， 使其与不溶于乙醇的纤维素和蛋白质等 分离，萃取液中除咖啡因外，还含有叶 绿素、单宁酸等杂质。蒸去溶剂后，在 粗咖啡因中拌入生石灰，使其与单宁酸 等酸性物质作用生成钙盐。游离的咖啡 因通过升华得到纯化。
浸取
热水，但单宁酸 1、应该选择什么溶剂？ 也会溶解在水中 2、是否需要加热？选择什么装置？
咖啡因的鉴定
• (1) 与生物碱试剂: 取咖啡因结晶的一半于小试管中, 加 4Cml水, 微 热, 使固体溶解。分装于2 支试管中, 一支加入1～2 滴 5% 鞣酸溶液, 记录现象。另一支加 1～2 滴 10% 盐酸 ( 或 10% 硫酸 ), 再加入 1～2 滴碘一碘化钾试剂, 记录现象。 (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, 记录残渣颜色。再加一滴浓氨水于残渣上, 观察并记录颜 色有何变化。 咖啡因的其它鉴别方法 咖啡因可以通过测定熔点及光谱法加以鉴别。此外，还可以通过制备 咖啡因水杨酸盐衍生物进一步确证。咖啡因作为碱，可与水杨酸作用 生成水杨酸盐，此盐的熔点为137℃。
天然物中的存在情况
咖啡因存在于自然界中100种植物 的叶子，根和果实中。 主要存在于：咖啡豆、可可、茶 叶，冬青茶等。 茶叶中含有咖啡因，约占1%～5%, 另外还含有11-12%的丹宁酸（鞣酸）， 0.6%的色素、纤维素、蛋白质等。
工业合成生产咖啡因
• 1.尿素法： 由氯乙酸经中和；氰化；酸化得到氰乙酸，然后与尿素 缩合得氰乙酰脲，再经环合；酸化；亚硝化；还原；酰 化；甲 基化得到咖啡因。 • 2.二甲脲法： 由尿素和一甲胺缩合成二甲基脲，再与氰乙酸缩合为1，3-二甲基乙 酰脲，然后经环合；亚硝化；还原；甲酰化；环合；甲基化而得咖啡 因。 收率高；成本低；消耗少；周期短；设备要求不高；操作简便；容 易控制，适合于工业生产。 • 3.半合成法： 提取可可碱，然后甲基化得到咖啡因，这是较早的半合成法。从鸟 类粪素或尿酸制备咖啡因也属于这类合成法。
利用溶剂萃取法从茶叶中提取咖啡因
1.茶叶中含有大量生物碱并以咖啡因为主，所以我们 选择 从茶叶中提取。 2.咖啡因在乙醇中溶解度较大，且无毒，易回收所以 选择 乙醇为溶剂。 3. 因为脂肪提取器萃取时间短、节省溶剂、提取效率高， 所以选择脂肪提取器来提取咖啡因。 4.因为咖啡因易升华，而茶叶中的其他成分不易升华,所以 用乙醇萃取后经过蒸馏，中和蒸发除水和升华得到咖啡 因 。
蒸馏
蒸发 焙炒 升华
如何控制蒸发温度？怎样除去 温度不能超过100℃ 单宁酸对本实验的影响？
设计升华纯化咖啡因 的装置。
含有杂质 损失较多
A
茶叶
浸取
含有咖啡 结晶 咖啡因晶体 因的浸取液 重结晶
B
茶叶
结晶
浸取
含有咖啡 因的浸取液
萃取
含有咖啡 因的溶液
难选择 萃取剂
咖啡因晶体
重结晶
C
茶叶 加热 升华 茶叶
全除去。
5.升华过程中应严格控制加热温度，始终都须用小
火间接加热。温度太高会使滤纸炭化变黑，并有一
些有色物烘出来，使产品不纯。第二次升华时，火亦
不能太大，否则会使被烘物大量冒烟，导致产物损
失。
部分实验仪器的 解释
索氏提取器的基本构造和使用方法
索氏提取器又称脂肪抽取器或脂肪抽出器 索氏提取器是由提取瓶、提取管、冷凝 器三部分组成的（图 )，提取管两侧分别 有虹吸管和连接管。各部分连接处要严密 不能漏气。提取时，将待测样品包在脱脂 滤纸包内，放入提取管内。提取瓶内加入 石油醚，加热提取瓶，石油醚气化，由连接管上升进入 冷凝器，凝成液体滴入提取管内，浸提样品中的脂类物 质。待提取管内石油醚液面达到一定高度，溶有粗脂肪 的石油醚经虹吸管流入提取瓶。流入提取瓶内的石油醚 继续被加热气化、上升、冷凝，滴入提取管内，如此循 环往复，直到抽提完全为止。
蒸馏温度之所以不超过200℃ ，是由于咖啡因的
熔点为238℃ ，刚开始升华时温度一般定 为25O℃，经大量实验尝试可知当加热到 一定程度时，可以将温度升高为265— 28O℃范围内，这样可以在一定程度 上提高产品的产量。
主要影响因素——温度
不同实验阶段加热温度的探索本实验过程虽简单 、容易操作，但经历的流程相对来说也有些复杂 ，比如虹吸、蒸馏、蒸干、升华等，不同的阶段对 应不同的温度，要找到合适的温度，那就要经过 多次实验才能慢慢地摸索出来，这样才能确保咖 啡因的产率。 经过实验发现，对咖啡因产量影响最大的温度在 于升华阶段。其他几个阶段的温度很固定，如虹 吸温度设定为400 ℃ ，目的是高温使酒精很快汽 化，然后再冷凝浸湿套简内的茶叶，使反应快速
鉴定纯度的方法
• • • • •
一 通过TLC的纯度的鉴定 二 通过熔程，判断纯度。 三 基于HPLC的纯度鉴定 四 基于软电离质谱的纯度鉴定 五 基于核磁共振的纯度鉴定
小组成员
• Ppt:齐格其 喻勇 • 材料：韩霜 练冠华 杨涛 • 演讲：喻勇
注意事项
1、 滤纸套大小既要紧贴器壁，又要能方便取放， 其高度不能超过虹吸管。滤纸包茶叶时应严紧，
防止漏出堵塞虹吸管。纸套上面折成凹形，以
保证回流液均匀浸润被萃取物。
2、若提取液颜色很淡时，即可停止提取。
3、本实验在蒸馏及蒸干乙醇的过程中，不可用 酒精灯直接加热，须用水浴加热。
4.在咖啡因的纯化的步骤中，残渣务必要使水分完
.
熔点仪测熔点
全自动熔点仪
数字熔点仪
熔点仪的工作原理 WRR熔点仪是按照药典规定的熔点检测方法而 设计的，该仪器利用电子技术实现温度程控， 初熔和终熔数字显示。应用了线性校正的铂电 阻作检测元件，并用电子线路实现了快速“起 始温度”设定及四档可供选择的线性的升温速 率。仪器采用药典规定的毛细管作为样品管， 通过高倍率的放大镜观察毛细管内样品的熔化 过程，清晰直观，是制药、化工、染料、香料、 橡胶等行为理想的熔点检测仪器。
进行。
常压升华的装置的安装与操作注意事项
• • • • • • • • • • • • • • 将预先粉碎好的待升华物质均 匀地铺放于蒸发皿中，上面覆 盖一张穿有许多小孔的滤纸， 然后将与蒸发皿口径相近的玻 璃漏斗倒扣在滤纸上，漏斗颈 口塞一小棉球或少许玻璃棉以 减少蒸气外逸。隔石棉网或用 油浴、沙浴等缓慢加热蒸发皿， 小心调节火焰，控制浴温低于升华物质的熔点，使其慢慢升华。 蒸气通过滤纸孔上升，冷却后凝结在滤纸上或漏斗壁上。必要 时漏斗外可用湿滤纸或湿布冷却。 较大量物质的升华，可在烧杯中进行。烧杯上放置一个通冷水 的烧瓶，使蒸气在烧瓶底部凝结成晶体并附着在烧瓶底都，见 图（b）。
2 蒸馏
• 将实验装置改装成蒸馏装置， 回收抽提液中的大部分乙醇 （约75mL）。将残液趁热 倾入蒸发皿中，拌入3g研细 的氧化钙，并加几粒沸石， 在水蒸气浴上蒸干后，将蒸 发皿移至电热套上，在较小 的加热条件下焙炒片刻，务 使水分全部除去，然后再移 开蒸发皿并冷却之，用干燥 洁净的瓶塞底部将颗粒碾成 • 粉末，并擦去沾在蒸发皿边 上的粉末， • 以免升华时污染产物。
3 中和，干燥
• 加碱中和：趁热将残余物倾入蒸发皿中，拌 入3-4g生石灰，使成糊状。蒸气浴加热，不 断搅拌下蒸干。 • 干燥（焙炒除水）：将蒸发皿放在石棉网上， 压碎块状物，小火焙炒，除尽水分。
4 升华
• 再次将蒸发皿放在电热套上，并在蒸发皿上倒盖 一个玻璃漏斗，漏斗的直径应小于蒸发皿，在漏 斗的颈部塞上蓬松的棉花。蒸发皿和漏斗之间用 圆滤纸相隔，滤纸直径应稍大于漏斗。滤纸上用 针刺30多个小孔，孔径在3mm左右，小心加热 升华。注意控制电热套的加热温度在40-70W范 围内。如果温度太高，会使产物炭化。 • 当滤纸上出现白色针状结晶时，适当控制加热温 度，以降低升华速度，当电热套内温度达到 230℃，应立即停止加热（或发现有棕色烟雾时， 应停止加热），冷至室温左右，小心揭开漏斗和 滤纸，仔细地把附在纸上及器皿周围的咖啡因晶 体用小刀刮下。如果残渣仍为绿色，可再次升华， 直至残渣变为棕色为止。 合并所得的咖啡因，称 量，测熔点
常压升华的原理、意义
• 升华是纯化固体有机物的方法之一。某些物 质在固态时有较高的蒸气压，当加热时，不 经过液态而直接汽化，蒸气遇冷又直接冷凝 成固体，这个过程叫做升华。利用升华可除 去不挥发性杂质，或分离不同挥发度的固体 混合物。升华常可得到纯度较高的产品，但 操作时间长，损失也较大，在实验室里只用 于较少量（1g～2g）物质的纯化。
鞣酸钙 色素等 Ca(OH)2
升华 咖啡因
实验仪器
• 圆底烧瓶（150ml） 脂肪提取器
球形冷凝器 烧杯（500ml） 蒸发 皿 玻璃漏斗 蒸馏头 水浴锅 砂浴 锅 温度计（250℃）滤纸 刮刀 酒 精灯 石棉网 电炉 • 茶叶 乙醇（95%）生石灰
实验步骤
• 1．萃取 称取8g茶叶（或茶叶末），放入 • 索氏提取器的滤纸套筒中[1]，在250mL • 平底（或圆底）烧瓶中加入100mL95% • 的乙醇和几粒沸石，按图装配仪器，水浴 • 加热。控制水浴温度在80℃左右，连续抽 • 提2.5～3小时。待冷凝液刚刚虹吸下去时， • 立即停止加热
溶剂萃取法 从茶叶中提取咖啡因
讲解内容
• • • • • a 信息收集 b 本方法的原理及分析评价 c 实验步骤及注意事项 d 主要影响因素 e 相关技术与仪器及鉴定
信息收集
咖啡因是白色针状结晶，无臭，味苦。适度地 使 用有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用 于治疗神经衰弱和昏迷复苏。
咖啡因的物理性质、化学构造式、 存在情况；
O H3C N N CH 3 O H3C N O OH N CH 3 O
• • •
+
OH
.
O N CH3 N OH
O-
O
N CH3
N
• •
咖啡因 水杨酸 咖啡因水杨酸盐 咖啡因水杨酸盐衍生物的制备方法：在试管中加入50mg咖啡因、37水 杨酸和4甲苯，在水浴上加热摇振使其溶解，然后加入约1石油醚（6090），在冰浴中冷却结晶。如无晶体析出，可以用玻璃棒或刮刀摩擦 管壁。用玻璃钉漏斗过滤收集产物，测定熔点。
物理性质:白色粉末或六角棱柱状结晶, 熔点 238°, 178°快速升华。易溶于氯仿 （12.5%），水（2%）及乙醇（2%）等。在 100℃时即失去结晶水，并开始升华，120℃升 华显著，178℃升华很快。
O H 3C N3
2 1 4 5 6 9
CH 3 N
7 8
O
N CH 3
N
化学性质:咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。强烈苦味的粉状物。 它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或 3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量，194.19 咖啡因（Caffeine ）是从茶叶、咖啡果中提炼出来的一 种生 物碱，适度地使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治 疗神经衰弱和昏迷复苏。
浸取
含有咖啡 因的浸取液
蒸发 溶剂
含咖啡因的固 体混合物晶体
咖啡因晶体 捣碎
D
茶叶粉末
加热 升华
咖啡因晶体
茶叶会燃烧 含有杂质
实验流程图
95% 乙醇 （或水/（钙） 茶叶梗、色素等 溶剂 ,CaCO3
咖啡因
咖啡因
过滤
茶叶
鞣酸 色素等 溶剂
浓缩 浓缩液 脱溶剂
CaO 脱水、去酸
脂肪提取器
回流冷凝管
滤纸最高处应低 于虹吸管的最高 处
虹吸管
被提取物
圆组 底成 烧： 瓶 、 提 取 器 、 冷 凝 管
取固 原 。体 理 物利： 质用 连溶 续剂 不回 断流 地和 为虹 纯吸 溶原 剂理 所， 萃使
常压升华
意气适气 原 义压用， 理 ：的于蒸固： 使固那气体 混体些遇有 合物在冷机 物 物质熔直 受 分。点接 以冷热 离 ， 下凝直 得 有为接 到 足固气 纯 够体化 物 大。为 质 蒸只蒸