Izolacija kofeina iz čaja

Kofein je derivat purina, glavni alkaloid sjemenki kavovca (Coffea arabica, w = 2%) i čaja (Thea chinensis) gdje njegov maseni udio znatno varira. U manjim količinama sadrže ga i druge biljke (npr. cola-orah i kakao).

Svojstva kofeina:

temperatura tališta = 235-237°C
temperatura sublimacije = 178°C
topljivost :
- vrlo dobro topljiv u kloroformu, metilen-kloridu, pirimidinu i vrućoj vodi
- slabo topljiv u etanolu, acetonu, benzenu, octenoj kiselini i hladnoj vodi
- netopljiv u ugljikovom disulfidu i ugljikovom tetrakloridu iz vodene se otopine dodatkom
- jake lužine taloži bijeli talog kofein-baze
- otopine joda stvara tamnosmeđi talog
- bromne vode u prisutnosti kloridne kiseline stvara narančastocrveni talog pokazuje pozitivnu mureksidnu reakciju

Glavni sastojak lišća čaja je celuloza. Budući da je ona netopljiva u vodi, neće nam smetati pri izolaciji. Osim celuloze i kofeina, u čaju se nalaze i tanini te produkti njihove hidrolize kao npr. galna kiselina. Oni su topljivi u vodi, pa ih od kofeina odvajamo ekstrakcijom. Za ekstrakciju može poslužiti kloroform, ali u tom slučaju pri jačem protresanju u lijevku za odjeljivanje nastaje sloj emulzije koji se teško razdvaja. Zato smo kao otapalo odabrali metilen-klorid koji dopušta i malo jače protresanje lijevka za odjeljivanje.

Opis rada

U čaši ugrijati 100 ml vode i u kipuću vodu staviti tri vrećice indijskog čaja ( 6.3 g ). Vrećice treba miješati i natapati u vodi oko 1 minutu. Budući da je kofein vrlo dobro topljiv u vrućoj vodi, on će prijeći u vodeni sloj, dok će veći dio tanina ostati u filter-vrećicama. Nakon 1 minute treba izvaditi vrećice, te natrag u čašu istisnuti što više čaja kojeg su upile. Za to će dobro poslužiti dva satna stakla između kojih treba stisnuti vrećicu po vrećicu. Iz dobivene se otopine mora ekstrahirati kofein u lijevku za odjeljivanje. Ekstrakcija se vrši tri puta sa po 20 ml metilen-klorida. Lijevak se smije blago protresati pri čemu kofein prelazi u donji sloj. Ekstrahirani kofein ( oko 60 ml otopine ) treba isprati dvaput sa po 20 ml hladne natrijeve lužine ( c(NaOH) = 6 mol/dm3 ) i jednom sa 20 ml hladne destilirane vode. Nakon toga sloj metilen-klorida suši se preko bezvodnog Na2SO4 i dobivenu otopinu preostaje još samo upariti do suha na vrućoj ploči vodene kupelji u prethodno izvaganoj porculanskoj zdjelici. U zdjelici zaostaje bijeli talog kofeina mase 28-29 mg.

Pokus se može na brzinu izvesti i samo sa jednom vrećicom čaja, pažljivom ekstrakcijom u kloroformu i bez ispiranja kloroformnog sloja lužinom ili vodom. Uparavanjem se dobije bijeli talog sa blago zelenkastim slojem klorofila. Masa taloga je oko 12 mg.

Napomene

- iako nije zapaljiv, treba izbjegavati dodir metilen-klorida s kožomo
- odmah nakon protresanja sadržaja lijevka mora se maknuti stakleni čep radi izjednačenja tlaka
- veća količina otapala uparava se u digestoru

Preparacija spojeva kofeina

Od spojeva kofeina priredit ćemo dva spoja: kofein-salicilat i kofein-benzoat. Svrha ovih vrlo jednostavnih organskih sinteza je utvrđivanje načina kojim se molekula kofeina veže s karboksilnom skupinom salicilne i benzojeve kiseline. Da bi saznali strukturu novonastale molekule, snimit ćemo IR, 1H-NMR i 13C-NMR spektre produkata.

Opis rada

Analitičkom vagom izvagati 500 mg kofeina i 370 mg salicilne kiseline. Kofein i salicilnu kiselinu otopiti u 40 ml toluena u Erlenmeyerovoj tikvici zagrijavanjem na vodenoj kupelji. U bistru otopinu dodati 10 ml petroletera, te tikvicu staviti u hladnu vodu radi kristalizacije. Postupak ponoviti sa 500 mg kofeina i 310 mg benzojeve kiseline. Sadržaj tikvica profiltrirati preko Büchnerova lijevka i kristale posušiti na zraku. Spojevima se može odrediti i temperatura tališta Thieleovim aparatom:
t.t. kofein-salicilata = 137°C,
t.t. kofein-benzoata = 220°C.