Isolamento della caffeina dalle foglie di tè

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1 SOMMARIO Isolamento della caffeina dalle foglie di tè L esperienza consiste nell isolamento e determinazione della quantità di caffeina, solido bianco cristallino, dalle foglie di tè (Camellia sinensis). In questa esperienza impareremo ad isolare un composto puro da una miscela complessa di sostanze. INTRODUZIONE La caffeina è un alcaloide naturale presente nelle piante di caffè, cacao, tè, cola, guaranà e nelle bevande da esse ottenute. A temperatura ambiente si presenta come un solido bianco inodore ed insapore. Fin dall antichità le bevande contenenti questa sostanza sono state impiegate per via della sua azione stimolante del Sistema Nervoso Centrale. La caffeina non è l unica molecola presente nelle foglie di tè, essa infatti è presente in miscela con altre sostanze tra cui: cellulosa (polimero di glucosio insolubile in acqua), tannini (molecole solubili in acqua), pigmenti flavonoici e clorofilla (coloranti insolubili in acqua). Il sapore delle bevande dipende dalla complessa combinazione di molte di queste sostanze. PROCEDURA Materiale: tè carbonato di calcio (CaCO 3 ) Diclorometano (CH 2 Cl 2 ) Acqua deionizzata Sodio Solfato anidro (Na 2 SO 4 ) Etanolo 96% Celite Imbuto di vetro Imbuto Buchner Imbuto separatore da 250 ml

2 Cilindro da 100 ml Beute da 250 ml Becher da 100 ml Beuta da vuoto da 250 ml Pallone da 250 ml Spatolina Bacchetta di vetro Esecuzione Cucchiaino Piastra scaldante Pomicette di ceramica Filtro di carta Cotone Bilancia Evaporatore rotante Versare 14g di tè, 6 g di CaCO 3 e 100 ml di acqua deionizzata in una beuta da 250 ml. Porre sopra la beuta un imbuto di vetro che fungerà da refrigerante (il vapore condensa e ricade). Aggiungere le pomicette di ceramica per evitare una ebollizione eccessivamente vigorosa. Porre la beuta su piastra riscaldante lasciando in ebollizione per venti minuti. Durante l attesa, ma senza perdere di vista la beuta sulla piastra riscaldante, preparare l apparato per la filtrazione. In un becher preparare una sospensione di circa 3g (tre cucchiai) di Celite in 50 ml di acqua. Ritagliare un disco di carta da filtro di opportune dimensioni e porlo all interno dell imbuto buchner. Porre il buchner su una beuta da vuoto da 250 ml. Riempire il buchner con la sospensione di celite ed acqua e applicare il vuoto. Passando attraverso il filtro la celite si separerà dall acqua e formerà un tappo filtrante all interno del buchner.

3 Rimuovere dalla beuta da vuoto l acqua raccolta. Il sistema di filtrazione è pronto. Una volta trascorsi venti minuti, spegnere la piastra riscaldante e lasciare intiepidire la soluzione. Filtrare la soluzione attraverso il buchner avendo cura di raccogliere tutto il liquido premendo leggermente con una spatolina sul solido che si è raccolto sul filtro. Attenzione alla formazione di schiuma nella beuta durante la filtrazione! Nel caso succedesse interrompere la filtrazione chiudendo il rubinetto del vuoto. Lasciare raffreddare la soluzione all interno della beuta a temperatura ambiente. Successivamente trasferire il contenuto, evitando di trascinare la schiuma, in un imbuto separatore da 250 ml. Identificare con il pennarello una beuta da 250 ml con la scritta FASE ORGANICA. Aggiungere circa 25 ml di diclorometano nell imbuto separatore ed agitare molto lentamente per evitare la formazione di emulsioni. Notare la formazione di due strati (fasi) separati.

4 Lasciare defluire la fase inferiore, quella organica, attraverso il rubinetto e raccoglierla nella beuta precedentemente identificata. Ripetere l operazione aggiungendo alla fase rimasta nell imbuto altri 25 ml di diclorometano. Seccare la fase organica aggiungendo qualche cucchiaio di solfato sodico anidro, fino a quando la soluzione appare limpida. Pesare il pallone da 250 ml, Rimuovere il solfato sodico filtrando la miscela attraverso un imbuto nel quale è stato posto un batuffolo di cotone raccogliendo il liquido nel pallone. Agganciare il pallone all evaporatore rotante e avviare la procedura di evaporazione. Ad evaporazione terminata ripesare il pallone contenente sul fondo la caffeina impura.

5 Aggiungere etanolo 96% nel pallone (5 g per ogni g di prodotto ottenuto) e scaldare su piastra fino a completa solubilizzazione. Lasciare raffreddare la soluzione ed attendere la separazione di aghi bianchi di caffeina cristallina pura (p.f. 236 C). ANALISI DEI RISULTATI Il tè è una bevanda lievemente acida con un ph di circa 5.5. Per isolare la caffeina, sostanza basica (alcaloide), la soluzione deve essere basica. Per questo motivo si usa il carbonato di Calcio che, essendo una base, facilita l estrazione della caffeina. In queste condizioni i tannini, componenti acidi del tè, precipitano come sali di calcio solidi e verranno separati dalla miscela nella prima filtrazione. L estrazione della soluzione con un solvente organico, il diclorometano (DCM), nel quale risulta solubile la caffeina permette la separazione di questo composto dalle altre sostanze solubili in acqua. Il contenuto di caffeina del campione di tè può essere espresso come grammi di caffeina estratta per 100 g di tè: EQUAZIONE Considerazioni finali Abbiamo sfruttato le proprietà acido-base e la differente solubilità dei componenti per isolare una molecola di interesse da una matrice naturale molto complessa. In generale è possibile sfruttare anche altre vie per ottenere la medesima separazione. La scelta delle metodiche impiegate va ponderata con attenzione in base alle proprietà della molecola che si vuole isolare, dalla matrice nella quale è presente e dal grado di purezza che si vuole ottenere.