广州大学化学化工学院
本科生综合实验报告
实验课程 有机化学基础实验合成
实验项目 从茶叶中提取咖啡因及薄层色谱法对APC各组分的分离鉴定
专业 化学工程与工艺 班级 12化工2
学号 1205200087 姓名 王伟
指导教师 刘莹
开课学期 2012 至2013 学年第二 学期
实验时间 2013年4月12日
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目录
从茶叶中提取咖啡因…………………………………………………2
· 实验目的…………………………………………………2
· 实验原理…………………………………………………2
· 实验仪器及装置图………………………………………4
· 实验步骤及现象…………………………………………4
· 注意事项…………………………………………………5
· 实验试剂及相关物理常数………………………………5
· 祖产品纯化流程图………………………………………6
· 实验结果分析结果分析与讨论…………………………7
· 思考题……………………………………………………7
薄层色谱法对APC各组分的分离鉴定………………………………9
· 实验目的…………………………………………………9
· 实验原理…………………………………………………9
· 实验仪器及装置图………………………………………11
· 实验试剂及相应化合物的物理常数……………………11
· 实验步骤及现象…………………………………………11
· 实验结果与数据处理……………………………………12
· 参考文献…………………………………………………12
从茶叶中提取咖啡因
一、实验目的
1．学习天然物的提取技术和鉴定知识；
2．掌握从茶叶中提取咖啡因的方法、索氏提取器的原理和操作；
3．掌握利用升华方法纯化固体产物的原理和基本操作。
二、实验原理
咖啡因
咖啡因的分子结构式
性质描述：咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的，强烈苦味的白色粉末或六角棱柱状结晶。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。熔点 238°C， 178°C 升华。1g咖啡因溶于46ml水、5.5ml 80°的水、1.5ml沸水、66ml乙醇、22ml 60°的乙醇、50ml 丙酮及5.5ml 氯仿等。
作用与应用： 咖啡因是从茶叶、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。
咖啡因有时也与其他药物混合提高它们的功效。咖啡因能够使减轻头痛的药的功效提高40%，并能使身体更快的吸收这些药品缩短起作用的时间。因此，很多非处方治疗头痛的药品中包含有咖啡因。咖啡因也与麦角胺一起使用，治疗偏头痛和集束性头痛，也能克服由抗组胺剂带来的困意。
不良反应：大剂量或长期使用也会对人体造成损害，特别是它也有成瘾性，一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状，虽然其成瘾性较弱，戒断症状也不十分严重．但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时，咖啡因就不仅作用于大脑皮层，还能直接兴奋延髓，引起阵发性惊厥和骨骼震颤，损害肝、胃、肾等重要内脏器官，诱发呼吸道炎症、妇女乳腺瘤等疾病，甚至导致吸食者下一代智能低下，肢体畸形。另外，由于咖啡因能使胃酸增多，持续的高剂量摄入会导致消化性溃疡，糜烂性食道炎和胃食管反流病。
咖啡因存在于自然界的咖啡、茶和可拉果中。测定表明，茶叶中含咖啡因约1%~5%，单宁酸约11%~12%，色素 、纤维素、蛋白质等约0.6%。含结晶水的咖啡因为白色针状结晶粉末，味苦。能溶于水、乙醇、丙酮、氯仿等，微溶于石油醚。在100℃时失去结晶水，开始升华，120℃时升华显著，178℃以上升华加快。无水咖啡因的熔点为238℃。咖啡因是弱碱性化合物，能与酸成盐。
从茶叶中提取咖啡因，是用适当的溶剂（乙醇、氯仿、苯等）在索氏提取器中连续抽取，浓缩即得粗咖啡因。进一步可利用升华法提纯。
三、实验仪器及装置图
仪器：蒸馏仪器、索氏提取器、电热套、玻璃棒、表面皿、玻璃漏斗、棉花、滤纸。
蒸馏装置 索氏提取器 升华装置
四、实验步骤及现象
五、注意事项：
1、滤纸筒的直径要略小于抽提筒的内径 , 其高度一般要超过虹吸管, 但是样品不得高于虹吸管。如元现成的滤纸筒, 可自行制作。其方法为 ：取脱脂滤纸一张, 卷成圆筒状 ( 其直径略小于抽提筒内径), 底部折起而封闭(必要时可用线扎紧), 装入样品, 上口盖脱脂棉, 以保证回流液均匀地浸透被萃取物。
2、提取过程中，生石灰起中和及吸水作用 。
3、索式提取器的虹吸管极易折断，装置装置和取拿时必须特别小心。
4、提取时，如留烧瓶里有少量水分, 升华开始时, 将产生一些烟雾, 污染器皿和产品。
5、蒸发皿上覆盖刺有小孔的滤纸是为了避免已升华的咖啡因回落入蒸发皿中, 纸上的小孔应保证蒸气通过。漏斗颈塞棉花, 为防止咖啡因蒸气逸出。
6、在升华过程中必须始终严格控制加热温度, 温度太高, 将导致被烘物和滤纸炭化, 一些有色物质也会被带出来, 影响产品的质和量。进行再升华时, 加热温度亦应严格控制。
六、实验试剂及相关物理常数
试剂：茶叶（10g）、95%乙醇（90ml）、氧化钙（4g）
七、粗产品纯化流程图
八、实验结果分析结果分析与讨论
产品外观：白色针状晶体
1．产品分析及产率计算
n 在“从茶叶中提取咖啡因”这个实验项目中，制得咖啡因0.07g，产品为无色针状晶体（收集起来呈雪白色）。成色很好。
在
2．对实验现象、实验结果的分析及其结论
u 在“从茶叶中提取咖啡因”这个实验项目中，制得的咖啡因为无色针状晶体（收集起来呈雪白色）,成色很好。但美中不足的是，在升华的后半部分，被烘物产生有色烟雾。分析原因，可能是在焙烧阶段没有把水分充分除去；也可能是在升华过程中没有控制好温度，温度过高，被烘物冒烟炭化。（前者的后果是会污染产品和器皿，后者的后果会导致产品不纯或损失）
3．本实验的成败、关键环节及改进措施
u “从茶叶中提取咖啡因”在焙烧阶段，用小火加热，并不断搅和，研成粉末，均匀翻炒。升华操作是实验成败环节，在升华过程中要始终严格控制温度，温度太低会使升华速度慢，耗时过长。所以，在加热升华过程中，要时不时用手指去轻触蒸发皿的边沿，若感觉烫手，就要移开电热套（或其它加热器具），防止温度过高被烘物冒烟炭化，另外又要注意保持温度。
九、思考题
1. 本实验中使用生石灰的作用有哪些？
答：第一，生石灰首先作为一种吸水剂，在本实验中具有吸水作用；第二，生石灰还可以中和除去部分酸性杂质。
2. 除可用乙醇萃取咖啡因外，还可用那些溶剂萃取？ 答：本实验之所以采用乙醇，是因为它对咖啡因有较大的溶解性、易于蒸出、廉价等优点。其实，乙醚、石油醚等非极性溶剂都可以代替乙醇在本实验中充当溶剂。
3. 在升华操作中应该注意什么？ 答：升华，对温度的要求较高。本实验中在升华时，温度要控制在220℃左右。当滤纸上出现较多白色晶体时，停止加热。让其自然冷却至100℃左右。还有，要控制温度的速率，尽量保持平
薄层色谱法对APC各组分的分离鉴定
一、实验目的
1、了解并分离鉴定解热镇痛药复方阿司匹林的主要成分；
2、结合薄层层析对APC各组分的分离分析，掌握薄层色谱法分离鉴定有机化合物的技术；
3、掌握薄层色谱法分离鉴定药物的原理和方法。
二、实验原理
复方阿司匹林（APC）主要成分有：阿司匹林、非那西汀、咖啡因。
色谱法的基本原理是利用混合物各组分在某一物质中的吸附或溶解性能的不同，或其亲和性的差异，使混合物的溶液流经该种物质进行反复的吸附或分配作用，从而使各组分分离。在层析过程中，在不相溶的两个相中分布的不同，达到分离目的。这两个相，一个是涂布在薄层板上的吸附剂，叫固定相，另一个是在展开过程中流过固定相的展开剂（有机溶剂），叫流动相。将待分离的样品溶液点在薄层板的一端，在密闭的容器中用适宜的溶剂（展开剂）展开，由于吸附剂对混合物中不同物质的吸附力大小不同，对极性大的物质吸附力强，对极性小的物质吸附力弱。因此当溶剂流过时，不同物质在吸附剂和溶剂之间发生连续不断地吸附、解吸附、再吸附、再解吸附。宜被吸附的物质（极性大、被附力作用强的物质）相对移动较慢，在薄层板上移动的距离就小；反之，较难被吸附的物质（极性小、被附力作用弱的物质）相对移动较快一些，在薄层板上移动的距离则大。经过一段时间的展开，混合物中各组份在薄层板上连续不断地进行吸附和解吸附过程，从而使各组份移动的速度产生差异，不同物质就被彼此被分开，最后形成互相分离的斑点。
阿司匹林 
阿司匹林的分子结构式
普通命名法：乙酰水杨酸，邻乙酰水杨酸
系统命名法：2-（乙酰氧基）苯甲酸
分子式：C9H8O4 相对分子质量：180.1
阿司匹林是一种历史悠久的解热镇痛药，诞生于1899年3月6日。用于治感冒、发热、头痛、牙痛、关节痛、风湿病，还能抑制血小板聚集，用于预防和治疗缺血性心脏 病、心绞痛、心肺梗塞、脑血栓形成，应用于血管形成术及旁路移植术也有效。
性质描述： 白色针状或板状结晶或粉末。熔点135～140℃。无气味，微带酸味。在干燥空气中稳定，在潮湿空气中缓缓水解成水杨酸和乙酸。在乙醇中易溶，在乙醚和氯仿溶解，微溶于水，在氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液中能溶解，但同时分解。该品1g能溶于300ml水5ml醇10-15ml醚或17ml氯仿。
生产方法及其他： 水杨酸乙酰化而得：在反应罐中加乙酐（加料量为水杨酸总量的0.7889倍），再加入三分之二量的水杨酸，搅拌升温，在81-82℃反应40-60min。降温至81-82℃保温反应2h。检查游离水杨酸合格后，降温至13℃，析出结晶，甩滤，水洗甩干，于65-70℃气流干燥，得乙酰水杨酸。
三、实验仪器及装置图
所需仪器：薄层板、烧杯、表面皿、
图为 层析缸
其中2表示薄层板；4表示展开剂。
四、实验试剂及相应化合物的物理常数
主要试剂：咖啡因、乙酰水杨酸、APC的点样水溶液；展开剂。
五、实验步骤与现象
六、实验结果与数据处理
实验得到的薄层板示意图如右图示：
比移值Rf的计算公式
R
根据APC的Rf值对比标准表，实验所得数据与标准表数据有不同程度的差别说明产品中含有其它杂质。
，
七．参考文献
(1）陈亿新，刘天穗，《基础合成实验-有机化学实验》，2009.
(2）陈劲春,李一,刘春秀;四种吸附材料分离茶多酚的初步结果比较[J];北京化工大学学报;20##年02期。
(3 王同宝,张效林,张卫红;阶段洗脱吸附层析法分离茶多酚咖啡碱[J];离子交换与吸附;20##年04期。
(4）罗军,蔡春,吕春绪;微波有机合成化学最新进展[J];合成化学;20##年01期。
（5）林沛和;李承范;;乙酸钠催化合成阿司匹林[J];河北化工;20##年04期。
（6）汪小兰 《有机化学》第四版 高等教育出版社 1996年7月
（7）刘天穗 陈亿新 《有机化学实验 基础合成实验》广州大学 20##年2月
（8） 张晓丽 胡清萍 《基础化学实验》化学工会也出版社 20##年。）
八、指导教师评语及评分：
签名： 年 月 日
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第二篇：从茶叶中分离咖啡因
1 引言
咖啡因是茶叶、咖啡豆、可可、可拉果等植物体中的主要生物碱，具有较强的兴奋中枢神经系统等作用。随茶叶品种，采摘方式以及加工条件的不同其含量会有变化，一般为l一5%;咖啡因水合物是无色针状结晶，味苦，能溶于水、乙醉、抓仿.咖啡因具有很高的药用价值。据资料报道，提取咖啡因过去使用的有重量法、沉淀法、六十至七十年代报道有离子交换、柱层析、深剂浸提等方法。
目前获取咖啡因的途径一是从上述天然物中提取;一是人工合成。由于人们对“绿色食品”的渴求，近年来国内外相继开发了多种从茶叶中提取天然咖啡因的新工艺和方法，这些方法多在传统方法的基础上有所改进，大多数方法仍分别存在着以下缺点:①产品纯度低;②工艺复杂繁琐，提取率低;③用有害物质氯仿作萃取剂或采用氧化铅等有害物质作助剂;④产品含有相当量的杂醇油和其它有色物质及烟气成分，纯化、脱色困难。目前，从茶叶中提取天然咖啡因的方法按其化学过程可归纳为“溶剂萃取法”和“升华法”两大类;也有将两种方法应用于同一提取工艺中的。
2 溶剂萃取法
利用咖啡因易溶于乙醇、热水、氯仿等溶剂的性质，将其从茶叶中分离出来。目前常用的几种工艺流程见图1一4。各法均经浸提、去杂、重结晶等几个主要的工艺过程，获得的咖啡因均为带一个结晶水的制品(CsHI。N4O:·HZO)。
2.1 工艺1
通过该工艺可获得一水咖啡因 图1 工艺1
纯品(纯度>99.9%)。缺点是工艺复杂繁琐、成本较高和采用有毒物质三氯甲烷作萃取剂。
2.2 工艺2
该工艺与工艺1相比，其主要区别在于改方法1的乙醇浸提为沸水浸提，其余只是个别工序先后有别或省略。如工艺1加稀硫酸浓缩后过滤，工艺2则反之;工艺2省去了工艺1碱洗有机萃取相后的水洗工序。我们认为，工艺1较为合理。因为加稀硫酸的目的是为了利用“酸析”去除杂质，酸析沉淀物的凝聚~沉淀有个时间过程，加稀硫酸浓缩后过滤可有效地去除植物胶等杂质。另外，水洗工序亦不宜省去，因为水洗是为了除尽有机萃取相中携带的碱和碱促使茶多酚氧化后生成的水溶性红色醒类，具有去杂和脱色的作用。工艺2改乙醇浸提为沸水浸提，虽可降低浸提成本，但咖啡因的浸出率较工艺1低，同时氧化镁蒸干后用热水浸出咖啡因，浸出液为透明溶液，而加氧化镁与茶叶、水蒸煮后的滤液呈浑浊状，故工艺2去杂效果较差。因此，工艺2除具有工艺1的主要缺点外，还存在着产品纯化困难的缺点。
2.3 工艺3
该工艺的特点是利用醋酸铅等重金属盐加10%Na()H溶液去除茶叶水提物中的多酚类物质。但植物胶、植物蛋白等却未能去除。因此后继工序即使反复使用重结晶纯化法也只能得到纯度较低的咖啡因或咖啡因粗品，同时反复重结晶使得咖啡因的提取率较低。另外，PbZ+等属有毒重金属离子。总之，该工艺实用价值不高。
2.4 工艺4
该工艺流程较合理，通过该工艺可以得到一水咖啡因纯品。其不足为工序多，提取率和成本难以满足要求。该工艺还指出，咖啡因在强碱性介质中会发生水解、脱狡、降解等副反应而导致其收率下降。因此，该工艺在碱调pH时只调至pH=9.0一9.2。但这些副反应是否发生或发生的程度还有待实验进一步证实。如经证实上述副反应确有较大程度的发生，则应避免，因为茶叶天然咖啡因提取技术中多采用在碱性介质中去除多酚类。
3
升华法
该法是利用咖啡因在温度)100℃时具有升华的性质，将之从茶叶或茶叶浸出物中分离出来。目前常用的几种工艺流程见图5一7o工艺5的主要流程为升华~去杂~重结晶~一水咖啡因，工艺6、7的主要流程为浸提~去杂~升华~无水咖啡因。
3.1 工艺5
该工艺简单易行、操作方便，但其主要缺点为茶叶直接升华后咖啡因粗品中含有大量的烟气、杂醇油乃至焦状炭化物等杂质，给纯化带来了很大困难，仅通过漂洗和重结晶两道工序无法有效去除上述杂质。因此，必须增加后续纯化工序。这样必然使得提取率大大降低。
3.2 工艺6
通过该工艺可获得提取率较高的不带结晶水的咖啡因。其主要缺点是乙醇的耗量较大，因而提取成本较高。
3.3 工艺7
该工艺的特点：①用含水乙醇提取，提取后乙醇全部回收，大大降低了乙醇的损耗，因而大大降低了成本;②升华前先脱除了大量杂质以提高升华后咖啡因的纯度;③采用该工艺所获得的咖啡因的纯度可大于99.96%。其不足是水在蒸发过程中比乙醇困难。
图4 工艺4
图5 工艺5
图6 工艺6
图7 工艺7
4 萃取法和升华法比较
综上所述，升华法和萃取法相比具有如下明显优点:
①工艺简单，工序少。
②不采用三氯甲烷、铅等有毒物质，操作和产品的安全性高。
③产品的纯度高，且所获得的产品为不带结晶水的咖啡因。
但升华法亦存在着升华的咖啡因定向定位富集困难，收集时损耗较大等缺点，这主要靠设计出有效合理的升华装置来解决。就现有的工艺来说，无论是萃取法还是升华法均存在着有待进一步提高和完善的环节，否则难以真正实现工业化。
结 论
评价茶叶中咖啡因提取工艺的好坏以及是否具有商业化前景主要看:①工艺过程的安全性;②经济指标;③提取率;④产品纯度。另外，尽管茶叶中咖啡因的含量与其它植物相比较高，然而毕竟只有1%一5%，因此经济指标已成为茶叶中提取天然咖啡因技术实现工业化的第一障碍。解决这个问题不仅要有先进的新工艺，而且要将之与先进的提取茶叶中茶多酚、茶多糖等其他具有生物学活性药用物质的新工艺有机地结合起来，形成一种具有同时提取茶叶中几种有效成分的综合技术，从而起到提高经济效益、降低生产成本的效果。近年来，随着现代科学的发展，各有关学科之间的相互渗透，新技术的引用，对茶叶的研究和茶资源的综合利用，将从理论和实践多方面产生深刻影响。相信茶叶中咖啡因等药用物质的提取技术将会取得长足的进步。
参 考 文 献
L 北京大学化学系有机化学教研室编，有机化学实验，162，北京大学出版社(1985)
2 CN1047017A
3 CN1051481A
4 秦玉楠，精细化工，10(2)，37一40(1993)
5 CN1039704A
6 CN1097757A
7 CN1008790B
8 CN1008507B
9 吴显荣.基础生物化学[M].2 版. 北京: 中国农业出版社, 1997:36-38
10 沈同, 王镜岩.生物化学[M].2 版. 北京: 高等教育出版社, 1990:45-46
11 杨锦宗.工业有机合成基础[M].北京: 中国石化出版社, 1998:50-51
12 刘少杰, 王连成, 张晋, 等.立方液晶作为药物载体的研究[J].山东大学学报: 理学版, 2005, 40(3) : 96-100