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EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA DO CHÁ

Walter Sidney Caetano Furio

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CH3

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Considerações sobre a cafeína

A cafeína (3,7-diidro-1,3,7-trimetil-1H-purina-2,6-diona) pura é uma substância branca, sem gosto, que constitui aproximadamente 5% do peso das folhas de chá.Solubilidade em água de 2,2g/100mlA cafeína é o ingrediente ativo do café, mas pode estar presente em outras comidas e bebidas, inclusive no chá.Essa substância pertence ao grupo de compostos da metilxatinas

XantinasAs xantinas são substâncias capazes de estimular o sistema nervoso, produzindo certo alerta de curta duração.

A cafeína é a 1,3,7-trimetilxantina

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CH3

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A cafeína é encontrada em café, chá..., nas seguintes proporções:

Níveis de cafeína por volume

Café Expresso (2 xícaras) 250 a 330 mg

Café descafeinado 1 - 5 mg

Café preparado por decantação 40 - 170 mg

Café solúvel 30 - 120 mg

Chá preparado 20 - 110 mg

Chá instantâneo 25 - 50 mg

Chocolate 2 - 20 mg

Coca Cola 45 mg

Diet Coke 45 mg

Pepsi Cola 40 mg

Refrigerantes diversos 2 - 20 mg

Medicamentos analgésicos 30 - 200 mg

Remédios para resfriados 30 - 100 mg

Efeitos da cafeína

A cafeína é estimulante do sistema nervoso central, penetrando na corrente sanguínea.

Melhora o desempenho físico, diminui a fadiga, aumenta as atividades sensoriais e mantém a pessoa mais atenta

A cafeína é uma droga que causa dependência - física e psicológica. Ela opera por mecanismos similares às anfetaminas e àcocaína.

Em doses elevadas a cafeína pode causar certa dependência, provocar liberação de íons cálcio dentro do músculo, desencadeando pequenos tremores involuntários, aumento da pressão arterial e da freqüência cardíaca.

O uso abusivo pode provoca irritabilidade, nervosismo, ansiedade, insônia e dependência

A abstinência pode provoca cefaléia, cansaço e dificuldade em fixar a atenção

A ação biológica da cafeína inclui estimulação cardíaca e respiratória, bem como efeito diurético.

Curiosidades sobre a cafeína

Um grande número de plantas contém cafeína. Além de ser constituintes de folhas de chá e grãos de café, a cafeína é um constituinte natural de nozes, de cola e sementes de cacau.

Refrigerantes do tipo cola contém 14-25 mg de cafeína/100ml, enquanto que uma barra de chocolate pesando 20g contém 15mg de cafeína.

Grãos de café contem aproximadamente 2% de cafeína em peso.

Uma xícara de café contém aproximadamente 3,5 vezes mais cafeína que uma correspondente xícara de chá.

A razão disto é que o café é usualmente fervido em sua preparação, além de ser comercializado como um pó extremamente fino; folhas de chá são simplesmente escaldadas com água quente por alguns minutos. Uma xícara de chá contém aproximadamente 25mg de cafeína.

Algumas preparações estimulantes e analgésicos, contém cafeína como ingrediente ativo.

Devido a diversidade de produtos que contém cafeína, presente em mais de 60 espécies de plantas no mundo, ela é seguramente a droga psicoativa mais popular do mundo.

Substâncias Presentes naFolha do Chá

Tanino

Celulose

Flavonóides

Clorofila

Tanino

Uma ampla classe de moléculas ácidas, os taninos, também se dissolvem na água quente utilizada para extrair a cafeína.

Taninos são compostos coloridos com massa molecular na faixa de 500 a 3000.

Devido aos grupos fenólicos os taninos são ácidos. Se adicionarmos uma base ao extrato aquoso das folhas de chá, os sais dos ácidos tânicos serão formados.

CeluloseA celulose é praticamente insolúvel em água. Portanto não apresenta problemas na extração.

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O HO H

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HH

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Flavonóides

OO O

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OHOH

OH

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OHOH

São moléculas acidas solúveis a água quente

Devido ao sistema conjugado são sólidos coloridos que compreendem desde o amarelo claro ao roxo

Clorofila

A clorofila é um pigmento que dá a cor verde as plantas. É também responsável pelo processo conhecido como

fotossíntese, onde os vegetais produzem energia através da redução do gás carbônico e oxidação da água a oxigênio.

xCO2 + yH2O + energia solar CXH2O(y) + xO2

A capacidade da clorofila de absorver a luz do Sol na região do visível se deve, principalmente, ao extenso sistema conjugadoque possui.

Clorofila

Extração da cafeína

O maior problema no isolamento da cafeína das folhas de chá é que a cafeína éacompanhada por outras substâncias naturais das quais precisa ser separada.

Celulose é o principal componente das folhas, mas é muito pouco solúvel em água e portanto não apresenta problemas.

Entretanto, uma ampla classe de moléculas também se dissolvem em água quente utilizada para extrair a cafeína.

Pigmentos flavonóidicos, clorofilas e taninos se encaixam nessa classe de moléculas, que também comtribuem para a coloração do extrato do chá.

Para eliminarmos os tanino é adicionado hidróxido de sódio ao extrato aquoso das folhas de chá para que haja a formação dos sais dos ácidos tânicos.

A cafeína poderá ser extraída da solução básica do extrato com diclorometano, e os sais permanecerão na solução aquosa.

Embora as clorofilas sejam parcialmente solúveis em diclorometano, a maioria dos demais pigmentos não são.

Portanto a extração com diclorometano permite obter a cafeína aproximadamente pura com uma coloração esverdeada, devido a presença de impurezas de clorofila.

Depois da extração da cafeína do chá com diclorometano, a fase orgânica é seca e o solvente volátil é destilado através do roto evaporador.

O resíduo da destilação será a cafeína juntamente com a clorofila na forma sólida.

Por fim se obtem-se cafeína pura por sublimação.

Processos utilizados

EfusãoExtração com solventeDecantaçãoBanho de GeloLavagemSecagemPurificação por sublimaçãoPonto de Fusão

Técnica usada na preparação do chá, café, ......

Componentes da fase sólida passa para fase líquida

Extração sólido-líquido descontínuaDescontínua: Quando a solubilidade em água dos

componentes extraídos é grande.

Efusão

Extração com solvente

Compostos Orgânicos ⇒ Solúveis em solventes OrgânicosPouco Solúveis em água

Solução aquosa contendo composto orgânico

2) Agitação

Formação de 2 fases

Substância Desejada

3) Decantação

4) Destilação

1) Solvente Orgânico

Empregada para separar um composto orgânico de soluções aquosas onde se encontram

Operação obrigatória em processos de extração por solventes

Separação de líquidos não miscíveis que não reagem quimicamente, ou excepcionalmente, de líquidos em

misturas com sólidos.

Realizada em funil de decantação ou separação

Decantação

ATENÇÃO: Não deve-se agitar vigorosamente o funil de separação, apenas levemente!

Utilizado na refrigeração do chá

Evita a evaporação do solvente (diclorometano) que possui ponto de ebulição baixo (39,75 ºC)

Banho de Gelo

LavagemCom NaOH Elimina substâncias indesejáveis como

taninos e flavonóides, que são convertidos em sais de sódio

R OH + Na OH R O Na + H2O

Com H2O Elimina substâncias solúveis em água (sais formados na reação com NaOH)

Remoção de água de mistura de líquidos orgânicos, utilizando, por ação direta, uma substância dessecadora (ou secante).

Secante Utilizado Sulfato de sódio anidro

Na2SO4 + 10 H2O Na2SO4 . 10 H2O

Secagem

Método utilizado para purificação de compostos orgânicos desde que eles sublimem e que o sólido sublimado possa ser condensado.

Sólido é aquecido à uma pressão inferior à do ponto triplo portanto Sólido passará do estado sólido para o vapor sem fundir e evitando possível decomposição.

A sublimação é mais utilizada para purificação se as impurezas forem não voláteis e a substância desejada tenha uma pressão de vapor maior que o ponto de fusão.

Purificação por sublimação

Diagrama de fases

Arranjo do Material utilizado para Sublimação

Ponto de Fusão

Temperatura na qual um sólido cristalino se torna líquido, sob pressão de 1 atm.

Usado como critério para avaliar o grau de pureza de um composto, ou auxiliar na sua identificação através de comparações com tabelas de pontos de fusão.

Composto com alto grau de pureza ⇒ ponto de fusão bem definido, com faixa de fusão menor que 0,5 ºC.

Presença de Impurezas ⇒ Aumenta a diferença entre a temperatura de degelo e a fusão total; Causa o início do ponto de fusão a uma temperatura mais baixa.

Evaporador Rotatório

Durante o processo de extração, pode ocorrer emulsão, isto é, gotas de uma fase permanecem em suspensão na outra fase.

Causas da formação de emulsão estão relacionadas com diferenças muito pequenas de densidade entre as duas fases, ou mesmo com vigorosa agitação.

Emulsões são encontradas muitas em extrações realizadas, ocorrendo principalmente se qualquer material viscoso estiver na solução.

Emulsões

Técnicas para desfazer emulsões

Deixar a solução em descanso por um certo tempo. Mexer levemente com uma baguetaSe um dos solventes for água, adicionar uma solução saturada de NaCl ajudará a desfazer a emulsão. Isso faz diminuir a compatibilidade entre a fase orgânica e a aquosa, forçando assim a separação.Com experimentos de microescala, fazendo-se uma centrifugação, muitas vezes, a emulsão pode ser desfeita.

Como evitar a formação de emulsões

Evitar agitações vigorosas

Ao usar funil de separação, as extrações devem ser realizadas com leves giradas ao invés de agitar, ou com leves inversões.

O funil de separação não deve ser agitado.

Características físicas e toxidade

Características Físico-Químicas

1) AQUECER A ÁGUA ATÉ 57-59 ºC;2) ADICIONAR 3 SAQUINHOS DE CHÁ PRETO;3) DEIXAR OS SAQUINHOS IMERSOS POR UM MINUTO;4) PRESSIONAR OS SAQUINHOS ENTRE DOIS VIDROS DE RELÓGIO E RECOLHER O EXCESSO NO BÉQUER;5) DESCARTAR OS SAQUINHOS NO LIXO;6) RESFRIAR EM BANHO DE GELO ATÉ TEMPERATURA AMBIENTE;7) TRANSFERIR PARA O FUNIL DE SEPARAÇÃO DE 250mL;8) ADICIONAR 20mL CH2Cl2;9) AGITAR CUIDADOSAMENTE PARA NÃO FORMAR EMULSÃO;10) SEPARAR AS FASES;

100ml H2O destilada (béquer de 250ml)

FASE ORGÂNICA (INFERIOR)CH2Cl2,CAFEÍNA,TANINOS, FLAVONÓIDES

GLICOSILADOS E CLOROFILATRAÇOS: H2O

FASE AQUOSA (SUPERIOR)CLOROFILA E FLAVONÓIDES

GLICOSILADOSTRAÇOS: CH2Cl2, CAFEÍNA E TANINOS

11) RECOLHER EM BÉQUER 14) TRANSFERIR PARA FUNIL DE SEPARAÇÃO;15) LAVAR COM 20mL DE NaOH ;

12) REPETIR AS ETAPAS 8,9,10,11 POR 2 VEZES;13) DESCARTAR ADEQUADAMENTE

Fluxograma

FASE ORGÂNICA (INFERIOR)CH2Cl2,CAFEÍNA E CLOROFILA

TRAÇOS: SAIS DE TANINOS E DE FLAVONÓIDES, H2O E AÇÚCARES

FASE AQUOSA (SUPERIOR)SAIS DE TANINOS E DE FLAVONÓDES,

CLOROFILA E AÇÚCARESTRAÇOS: CH2Cl2,CAFEÍNA

17) TRANSFERIR PARA UM BÉQUER;18) REPETIR ETAPAS 14, 15, 16, 17;19) TRANSFERIR PARA FUNIL DE SEPARAÇÃO;20) LAVAR COM 20mL DE ÁGUA FRIA;

16) DESCARTAR ADEQUADAMENTE.

FASE ORGÂNICA (INFERIOR)CH2Cl2 , CAFEÍNA E CLOROFILA

TRAÇOS: H2O

FASE AQUOSA (SUPERIOR)SAIS DE TANINOS E DE FLAVONÓIDES,

CLOROFILA, AÇÚCARES E Na+ OH -

TRAÇOS: CH2Cl2, E CAFEÍNA

22) TRANSFERIR PARA ERLENMEYER;23) ADICIONAR Na2SO4 , AGITAR E DEIXAR EM REPOUSO;24) FILTRAR;


Fluxograma

FILTRADOCH2Cl2 , CAFEÍNA E

CLOROFILA TRAÇOS: H2O

PRECIPITADONa2SO4 HIDRATADO

TRAÇOS: CLOROFILA, CH2Cl E CAFEÍNA

26) TRANSFERIR PARA UM BÉQUER ;27) EVAPORAR O SOLVENTE NO ROTOEVAPORADOR(OU EM CHAPA DE AQUECIMENTO ATÉ RESTAR CERCA DE 3 ml);28) TRANSFERIR PARA PLACA DE PETRI TARADA;29) EVAPORAR COMPLETAMENTE ATÉ A OBTENÇÃO DE CRISTAIS;

RESÍDUO:CRISTAIS DE CAFEÍNA

E CLOROFILA CH2Cl2 EVAPORADO(p.e. = 39,75°C)

31) DETERMINAR A MASSA DA CAFEÍNA IMPURA E O PONTO DE FUSÃO.32) PURIFICAR POR SUBLIMAÇÃO


SUBLIMADO:CRISTAIS DE CAFEÍNA

PURIFICADOSRESÍDUO:

CLOROFILA

33) DETERMINAR A MASSA DE CAFEÍNA PURIFICADA;34) DETERMINAR PONTO DE FUSÃO.35) CALCULAR O RENDIMENTO

Fluxograma


Bibliografia//qmc.ufsc.br/organica//labjeduardo.iq.unesp.brwww.ufba.brPavia, D. L.; Introduction to OrganicLaboratory Tecniques - A MicroescaleApproach; 1ª Edição - Saunder CollegePublish; 1990Gonçalves, D., Wal, E., Almeida, R.R. Química Orgânica Experimental. São Paulo: Mc Graw Hill, 1988.

Fluxograma

1) AQUECER A ÁGUA ATÉ 57-59 ºC;2) ADICIONAR 3 SAQUINHOS DE CHÁ PRETO; 3) DEIXAR OS SAQUINHOS IMERSOS POR UM MINUTO; 4) PRESSIONAR OS SAQUINHOS ENTRE DOIS VIDROS DE RELÓGIO E RECOLHER O EXCESSO NO BÉQUER; 5) DESCARTAR OS SAQUINHOS NO LIXO; 6) RESFRIAR EM BANHO DE GELO ATÉ TEMPERATURA AMBIENTE; 7) TRANSFERIR PARA O FUNIL DE SEPARAÇÃO DE 250mL; 8) ADICIONAR 20mL CH2Cl2; 9) AGITAR CUIDADOSAMENTE PARA NÃO FORMAR EMULSÃO; 10) SEPARAR AS FASES;

100ml H2O destilada (béquer de 250ml)

FASE ORGÂNICA (INFERIOR) CH2Cl2,CAFEÍNA,TANINOS, FLAVONÓIDES

GLICOSILADOS E CLOROFILA TRAÇOS: H2O

FASE AQUOSA (SUPERIOR) CLOROFILA E FLAVONÓIDES

GLICOSILADOS TRAÇOS: CH2Cl2, CAFEÍNA E TANINOS

11) RECOLHER EM BÉQUER 14) TRANSFERIR PARA FUNIL DE SEPARAÇÃO; 15) LAVAR COM 20mL DE NaOH 6M;

12) REPETIR AS ETAPAS 8,9,10,11 POR 2 VEZES; 13) DESCARTAR ADEQUADAMENTE

FASE ORGÂNICA (INFERIOR) CH2Cl2,CAFEÍNA E CLOROFILA

TRAÇOS: SAIS DE TANINOS E DE FLAVONÓIDES, H2O E AÇÚCARES

FASE AQUOSA (SUPERIOR) SAIS DE TANINOS E DE FLAVONÓDES,

CLOROFILA E AÇÚCARES TRAÇOS: CH2Cl2,CAFEÍNA

17) TRANSFERIR PARA UM BÉQUER; 18) REPETIR ETAPAS 14, 15, 16, 17; 19) TRANSFERIR PARA FUNIL DE SEPARAÇÃO; 20) LAVAR COM 20mL DE ÁGUA FRIA;


FASE ORGÂNICA (INFERIOR) CH2Cl2 , CAFEÍNA E CLOROFILA

TRAÇOS: H2O

FASE AQUOSA (SUPERIOR)SAIS DE TANINOS E DE FLAVONÓIDES,

CLOROFILA, AÇÚCARES E Na+ OH -

TRAÇOS: CH2Cl2, E CAFEÍNA

22) TRANSFERIR PARA ERLENMEYER;23) ADICIONAR Na2SO4 , AGITAR E DEIXAR EM REPOUSO; 24) FILTRAR;

21) DESCARTAR ADEQUADAMENTE

FILTRADO CH2Cl2 , CAFEÍNA E CLOROFILA

TRAÇOS: H2O

PRECIPITADO Na2SO4 HIDRATADO

TRAÇOS: CLOROFILA, CH2Cl E CAFEÍNA

26) TRANSFERIR PARA UM BÉQUER ; 27) EVAPORAR O SOLVENTE NO ROTOEVAPORADOR (OU EM CHAPA DE AQUECIMENTO ATÉ RESTAR CERCA DE 3 ml); 28) TRANSFERIR PARA PLACA DE PETRI TARADA; 29) EVAPORAR COMPLETAMENTE ATÉ A OBTENÇÃO DE CRISTAIS;

RESÍDUO: CRISTAIS DE CAFEÍNA

E CLOROFILA

CH2Cl2 EVAPORADO

(p.e. = 39,75°C)


31) DETERMINAR A MASSA DA CAFEÍNA IMPURA E O PONTO DE FUSÃO. 32) PURIFICAR POR SUBLIMAÇÃO

SUBLIMADO: CRISTAIS DE CAFEÍNA

PURIFICADOS RESÍDUO:

CLOROFILA

33) DETERMINAR A MASSA DE CAFEÍNA PURIFICADA;34) DETERMINAR PONTO DE FUSÃO. 35) CALCULAR O RENDIMENTO


COMPOSTOS FÓRMULAS MM

(g/mol) p.f. (ºC) p.e. (ºC) DENSIDADE

(g/ml) Diclorometano 22ClCH 84,93 -95 39,75 1,3255 Cafeína 24108 ONHC 194,18 238 1,23 Água OH 2 18,02 0 100 0,997 Sulfato de sódio

42SONa 142,04 800 2,7

Hidróxido de sódio

NaOH 40,00 318 2,13

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