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
实验课程 基础合成实验-有机化学实验
实验项目 从茶叶中提取咖啡因
薄层色谱法对APC各组分的分离
专 业化学工程与工艺 班 级
学 号 姓 名
指导教师
开课学期 至 学年 二学期
实验时间
一、实验目的
1、学习索氏提取器的原理和方法，掌握从茶叶中提取咖啡因的原理和操作。
2、了解咖啡因的一般性质及掌握利用升华方法纯化固体产物的原理和基本操作
3、巩固复习有机化合物熔点的测定方法。
4、了解并分离鉴定解热镇痛药复方阿司匹林的主要成分。
5、掌握薄层色谱法分离鉴定药物的原理和方法。
二、药品简介
◆咖啡因分子结构式
◆咖啡因的物理性质:
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。化学式为C8H10N4O2 ，化学名称1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤，分子量194.19，相对密度：1.2g/cm*3，熔点：234.5℃，沸点：178℃，纯品熔点235～236℃,味苦，易溶于氯仿(12.5%),水及乙醇(2%)等。含结晶水的咖啡因为无色针状晶体, 在100 ℃时失去结晶水, 并开始升华，120 ℃时显著升华，178℃时迅速升华
◆来源
食品工业中咖啡因的主要来源是咖啡豆、可可、茶叶，冬青等，但咖啡豆的咖啡因含量会因品种不同也有不同。也存在于自然界中100种植物的叶子，根和果实中。
◆用途：
①对中枢神经系统有较强的兴奋作用，对大脑皮层具有选择性兴奋作用。
②医药上可用作心脏和呼吸兴奋剂，也是一种重要的解热镇痛剂， 是复方阿司匹林和氨非加的主要成分之一，还有一定的利尿作用。
③咖啡因作为兴奋剂、苦味剂、香料，主要供可乐饮料及含咖啡、饮料使用。 小剂量：振奋精神，减少疲劳。大剂量：则有兴奋延脑生命中枢的作用，可使呼吸加深、加快，血压回升及血循环改善。
◆茶叶化学组成的一般含量：
◆茶叶中的主要成分及其作用：
1、氨基酸：
氨基酸是构建生物机体的众多生物活性大分子之一，是构建细胞、修复组织的基础材料对纺织早衰，促进生长和智力发育，增强造血功能，有着重要的作用。
2、茶蛋白
茶叶中的蛋白质绝大多数是非水溶性的,只有1 %～2 %为水溶性的。
茶蛋白中氨基酸组成丰富、合理，含有人体所需的所有必需氨基酸。将茶蛋白提取纯化后适当改性，有望变为消化吸收性较好的食用、饲用蛋白资源，以及加工成食用乳化剂、起泡剂和胶凝剂等产品。茶蛋白还具有清除超氧阴离子的功效，对预防放射治疗时引起的致突变效应有保护作用。
3、生物碱：
茶叶中的生物碱大部分是嘌呤类生物碱，以咖啡碱为主，，并含少量的可可碱茶碱和黄嘌呤。
咖啡碱(caffeine) 是茶叶生物碱的主体物质,其基本结构是由一个嘧啶环和一个米唑环稠合而成的1,3,7-三甲基黄嘌呤。咖啡碱易溶于水，是形成茶叶滋味的重要物质。
过量饮（食）用，能扰乱胃液的正常分泌，影响食物消化，还能使人产生心慌、头晕、四肢乏力等症状，是导致“醉茶”的主要因素。咖啡因可促进胃酸分泌，升高胃酸浓度，促进食物消化。但因此也可诱发胃溃疡甚至胃穿孔。
4、酶类
酶是一种蛋白体，在茶树生命活动和茶叶加工过程中参与一系列由酶促活动而引起的化学变化，故又被称为生物催化剂。
茶叶中的酶较为复杂，种类很多，茶叶加工就是用技术手段钝化或激发酶的活性，使其沿着茶类所需的要求发生酶促反应而获得各类茶特有的色香味。
5、茶多酚
茶多酚是茶叶中主要的功能性物质之一, 是茶叶中酚类物质及其衍生物的总称，因此常称为多酚类。又称作茶鞣质、茶单宁。
茶多酚约有30多种化合物，主要由儿茶素 类黄酮 花青素和酚酸等 类物质组成，其中儿茶素类占茶多酚总量的 70%。茶叶中含多酚类的物质约占干重 15 %--30%。
茶多酚是一种淡褐色至白色的无定型粉末，易溶于水、 甲醇、乙醇、 乙酸乙酯、冰乙酸等，不溶于苯、氯仿、石油醚、茶多酚在酸性条件下较稳定，碱性条件下易氧化聚合。是茶叶特有成份，具有苦、涩味及收敛性。
茶多酚的功效主要有：能消除有害自由基、抗氧化、抗衰老、抗辐射、抑制癌细胞、抗菌杀菌、抑制艾滋病病毒。可以与食物中的铁元素发生反应，生成难以溶解的新物质，时间一长引起人体缺铁，甚至诱发贫血症。
6、芳香物质
茶叶中的芳香物质是指茶叶中挥发性物质的总称。
茶叶中芳香物质的含量虽不多，但其种类却很复杂。0叶中的芳香物质以醇类化合物为主，低沸点的青叶醇具有强烈的青草气，高沸点的沉香醇、苯乙醇等，具有清香、花香等特性。
7、类脂类
茶叶中的类脂类物质包括脂肪、磷脂、甘油脂、糖酯和硫酯等，茶叶中的类脂类物质，对形成茶叶香气有着积极作用。类脂类物质在茶树体的原生质中，对进人细胞的物质渗透起着调节作用。
8、茶多糖
茶多糖(tea polysaccharide 简称TPS) 是茶叶中一类与蛋白质结合在一起的酸性多糖或一种酸性糖蛋白,由阿拉伯糖、木糖、岩藻糖、葡萄糖、半乳糖等构成。
具有降血糖、防治糖尿病,降血脂、抗凝血、抗血栓、降血压、减慢心率、耐缺氧和增加冠状动脉流动的作用，以及抗炎、防辐射、增加碳粒廓清速度等药理作用,还能使血清凝集素抗体增加,从而增强机体免疫功能,茶多糖对NaNO2 也具有很强的清除作用。其显著的降血糖效果和免疫活性,使茶多糖有望成为预防和治疗糖尿病及心血管疾病、增加免疫功能的天然药物。
9、有机酸
茶叶中有机酸种类较多，多为游离有机酸。茶叶中的有机酸是香气的主要成分之一， 虽然茶叶中柠檬酸对人体无直接危害，但可以促进体内钙的排泄和沉积，如长期大量摄入，有可能导致低钙血症。
10、色素
茶色素分为脂溶性和水溶性，是茶叶中儿茶素等多酚类及其氧化衍生物的混合物，主要成分为茶黄素类，茶红素类，其中茶黄素类具有极强的生理活性，在茶色素的药理功能中发挥着极大的作用。
茶色素色彩艳丽,着色效果好,本身又含有多种营养保健成分,对食品中的维生素等具有保护(防止降解) 作用,是食品、饮料最理想的着色剂之一。茶色素还可以改善晚期肿瘤病人的血液高凝状态,提高血液中白细胞的含量,增强病人的免疫功能。
11、维生素
茶叶中含有丰富的维生素类，分水溶性和脂溶性两类。
茶叶中含有丰富的维生素c，能防止坏血病，增强抵抗力，还有辅助抗癌和防止动脉硬化的功效。愈新的茶，维他命Ｃ含量愈多。
茶叶中患有丰富的维生素b族维生素，其中维生素b2最重要，缺乏它会引起代谢的紊乱及口舌疾病。
茶叶中还有较多维生素p类物质，及茶叶中大量存在的茶多酚，其含量为10%-20%，它能维持微血管的正常透性，增强韧性，对于防止人体协管硬化和高血压有着积极作用。
12、果胶：
茶叶中的果胶等物质是糖的代谢产物，含量占干物质总量的4%左右，水溶性果胶是形成茶汤厚度和外形光泽度的主要成分之一。
13、无机化合物
茶叶中无机化合物占干物质的3.5-7.0%，分为水溶性和水不溶性两部分。这些无机化合物经高温灼烧后的无机物质称之为“灰分”。
①钾：促进血钠排除。多饮茶可防止高血压。
②氟：具有防止蛀牙的功效。
③锰：具有抗氧化及防止老化之功效，增强免疫功能，并有助于钙的利用。可防止生殖机能紊乱和惊厥抽搐。
④锌可以促进儿童生长发育，还可以防止心肌梗塞，
⑤铁能增强造血功能，防止贫血。
◆阿司匹林是一种应用最早，最广和最 普通解热镇痛药抗风湿药的解热镇痛药，主要成分是乙酰水杨酸经吸收后水解为水杨酸,以盐的形式存在。
右图为阿司匹林分子结构式
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而略带酸臭味，故贮藏时应置于密闭，干燥处，以防分解。在乙醇中易溶，在乙醚和氯仿溶解，也溶于氢氧化碱溶液或碳酸溶液，同时分解。
◆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。
◆适应症状
广泛用于各种原因引起的发热，头痛，以及牙痛，肌肉痛，神经痛，关节痛，腰痛，月经痛，术后小伤口痛。 对已确诊为风湿热，活动性类风湿性关节炎，幼年性关节炎，骨关节炎等病者，本品可用于维持治疗。用于预防和治疗缺血性心脏病、预防短暂性脑缺血、心绞痛、心肺梗塞、其他手术后的血栓形成，并可减少心律失常的发生率和死亡率，应用于血管形成术及旁路移植术也有效。
◆不良反应
①对胃黏膜有刺激作用，有时可见恶心、呕吐。大剂量或长期服用可引起消化道出血，还可抑制肝脏制造凝血酶元。
②用量过大可引起头痛、眩晕、耳鸣、听力和视力减退等水杨酸反应。③少数可引起皮疹、水肿、哮喘等过敏反应，哮喘病人慎用。
◆注意事项
①手术前一周应停用，避免凝血功能障碍，造成出血不止。
②饮酒后不宜用，因为能加剧胃粘膜屏障损伤，从而导致胃出血。
③潮解后不宜用，阿司匹林遇潮分解成水杨酸与醋酸，服后可造成不良反应。
④凝血功能障碍者避免使用，如严重肝损害、低凝血酶原血症、维生素K缺乏者。
⑤溃疡病人不宜使用。患有胃及十二指肠溃疡的病人服用阿司匹林可导致出血或穿孔。
⑥哮喘病人应避免使用，有部分哮喘患者可在服用阿司匹林后出现过敏反应，如荨麻疹、喉头水肿、哮喘大发作。
⑦孕妇不宜服用。孕后三个月内服用可引起胎儿异常；定期服用，可致分娩延期，并有较大出血危险，在分娩前2-3周应禁用。
⑧不宜长期大量服用，否则可引起中毒，出现头痛、眩晕、恶心、呕吐、耳鸣、听力和视力减退，严重者酸碱平衡失调、精神错乱、昏迷，甚至危及生命。
⑨病毒性感染伴有发热的儿童不宜使用，有报道，16岁以下的儿童、少年患流感、水痘或其它病毒性感染，再服用阿司匹林，出现严重的肝功能不全合并脑病症状，虽少见，却可致死。
三、实验原理
◆ 咖啡因又叫咖啡碱, 是一种生物碱 , 存在于茶叶、咖啡、可可等植物中。例如茶叶中含有 1%～5%的咖啡因, 同时还含有单宁酸、色素、纤维素等物质。
◆ 咖啡因是弱碱性化合物, 可溶于氯仿、丙醇、乙醇和热水中, 难溶于乙醚和苯(冷)。纯品熔点235～236℃, 含结晶水的咖啡因为无色针状晶体, 在100 ℃时失去结晶水, 并开始升华，120 ℃时显著升华，178℃时迅速升华。利用这一性质可纯化咖啡因。咖啡因的结构式为
◆ 茶叶中的生物碱对人体有一定程度的药理功能，它具有刺激心脏、兴奋方阿司匹林（APC）等药物的组分之一。生物碱可用提取法或合成法制得，工业上主要通过人工合成制备。
◆ 脂肪提取器是利用溶剂回流和虹吸原理，使固体物质连续不断地为纯溶剂所萃取的仪器。溶剂沸腾时，其蒸气通过侧管上升，被冷凝管冷凝成液体，滴入套筒中，浸润固体物质，使之溶于溶剂中，当套筒内溶剂液面超过虹吸管的最高处时，即发生虹吸，回流入烧瓶中。通过反复的回流和虹吸，从而将固体物质富集在烧瓶中。脂肪提取器为配套仪器，其任一部件损坏将会导致整套仪器的报废，特别是虹吸管极易折断，所以在安装仪器和实验过程中须特别小心。
◆ 脂肪提取器也可以将固体物质中所含有的的可溶性物质富集，根据其原理固体物质每一次都能被纯的溶剂所萃取，因而效率较高，为增加液体浸溶的面积，萃取前应先将物质研细，用滤纸套包好置于提取器中，通过不断萃取虹吸，固体中的可溶物质富集到烧瓶中，将提取液浓缩后，得到想得到的固体物质。
◆ 提取咖啡因的方法有碱液提取法和索氏提取器提取法。本实验以乙醇为溶, 用索氏提取器提取 , 再经浓缩、中和、升华, 得到含结晶水的咖啡因。本实验是用提取法从茶叶中提取咖啡因，往往用适当的溶剂（氯仿、乙醇、苯等）在脂肪提取器中连续抽提，然后蒸出溶剂，即得初产物——咖啡因。由于其初产物中还含有其他的一些生物碱和杂质，故可利用升华进一步提纯。
◆ 工业上咖啡因主要是通过人工合成制得。
◆ 阿司匹林、非那西汀等都是常见的非处方止痛药。除了单独成方制成药片外，在非处方止痛药商品中还常见到复方止痛药，即它们中的二种或三种复配。有的还加入咖啡因或其他活性组分进行复配，满足不同人群和不同疼痛症状的需要。
◆ 市售的解热镇痛药——复方阿司匹林（APC），每片药片中含有一定的有效成分：阿司匹林（A）0.22g、非那西汀（P）0.15g、咖啡因（C）0.035g，此外，还含有大量淀粉及碱性物质（氢氧化铝、氢氧化钙）等。本实验用薄层色谱法对APC各组分进行分离和鉴定。
薄层色谱是一种微量而快速的分离方法，它的原理是根据分析试样中各组分在不相混溶并做相对运动的两相——流动相和固定相中的溶解度不同或者在固定相上的物理吸附程度的不同，即在两相中的分配不同，而使各组分进行分离。
四、所用试剂、仪器与有关数据
从茶叶中提取咖啡因
所用试剂：茶叶末、80--100ml 95%乙醇、4g生石灰、二氯甲烷
仪器：索氏提取器、圆底烧瓶、冷凝管、铁架台、锥形瓶、漏斗、蒸发皿、滤纸、紫外分光光度计、研钵、电热套
薄层色谱法对APC各组分的分离鉴定
所用试剂：咖啡因、乙酰水杨酸、阿司匹林的点样水溶液、展开剂（苯:乙醚:冰醋酸:甲醇=120:60:18:1（已准备））
仪器：薄层板、蒸发皿、烧杯、短波紫外分析仪、毛细管
五、实验装置图
索氏提取器 升华装置
蒸馏装置
六、实验步骤
１、咖啡因的提取
实验流程图
2、薄层色谱法对APC各组分的分离鉴定
１、点样
（1）样品液的制备：取药片APC一片在研钵中研细，然后转移到盛有二氯甲烷８ml和水８ml的小烧杯中，经过充分搅拌，使固体物几乎全部溶解，分液，将有机层转移到一个25mL的小锥形瓶中，用无水硫酸镁干燥，过滤，除去干燥剂后可直接用于点样。（已准备）另外，把少量咖啡因（茶叶提取物）和乙酰水杨酸（实验合成物）也分别溶于二氯甲烷中制成点样溶液。
（2）点样：把以上制得的样品用毛细管点加到预制的层析板离板端1.0cm的起点线上，点样量不宜过多，一般在10-50mg，样品点不宜过大，控制直径在2-3mm。点样时只需用毛细管稍蘸一下样液，轻轻地在预定的位置上一触即可。点样后应使溶剂挥发至干后再开始下一步操作。
２、展开：
将事先选好的展开剂（苯：乙醚：冰醋酸：甲醇＝120: 60: 18: 1）放入烧杯内，展开剂液体的深度达0.5－1cm即可。马上盖好表面皿，使缸内达到蒸汽压饱和。放入点好样品的层析板，盖好表面皿，使样品在缸内进行展开分离。当展开剂上升到预定的位置时，立即取出层析板并尽快用铅笔在展开剂上升的前沿处划一记号，再将它置于水平位置上风干，然后在红外灯下烘干冰醋酸。
３、鉴定：
将烘干的层析板放入254nm紫外分析仪中照射显色，可以清晰地看出展开得到的三个粉红色斑点，定出它们的相对位置。用尺子量出从三个斑点中心到起点的距离和展开剂从起点到终点的距离，测算出Rf值。Rf=化合物移动的距离/展开剂移动的距离。根据Rf值对照文献值可以确定APC药片的主要成分。
七、实验结果及分析
咖啡因的提取实验结果：
在“从茶叶中提取咖啡因”这个实验项目中，制得咖啡因0.04g，产品为无色针状晶体，产品较为纯净。理论产值大概为0.1g，产率为(0.04/0.1) ×100%=40%,产率不高。熔点测试结果：起始温度237.9℃ 终止温度238.7℃。
原因分析：
①在实验过程中，有部分产物的损失。
②焙炒时，产物由于温度过高而提前升华，造成产物流失。
③升华过程中，不小心使得附着在滤纸上的晶体掉落在蒸发皿中，从而造成损失。
薄层色谱法对APC各组分的分离鉴定实验结果：
由表可知，复方阿司匹林中的1为咖啡因，3为水杨酸，2应该为非那西丁。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。
原因分析：
1、点样时不够准确迅速导致数据不准确。
2、所制阿司匹林点样液不够纯净。
八、实验注意事项
1、脂肪提取器的虹吸管极易折断，装置仪器和取拿时须特别小心。
2、滤纸套大小既要紧贴器壁，又能方便取放，其高度不得超过虹吸管；滤纸包茶叶时要严谨，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。
3、若提取液颜色很淡时，即可停止提取，一般时间为一个半小时。
4、提取和蒸馏均为水浴加热，烧瓶内勿忘加沸石。
5、瓶中乙醇不可蒸得太干，否则残液很粘，转移时损失太大。
6、生石灰起吸水和中和作用，以除去部分酸性杂质。
7、在萃取回流充分的情况下，升华操作是实验成败的关键。升华过程中，始终都需用小火间接加热。若温度过低，升华速度较慢，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。若温度太高。会使产物发黄。进行再升华时, 加热温度亦应严格控制。
8、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。
9、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。
10、刮下咖啡因时要小心操作，防止混入杂质。
11、点样用的毛细管必须专用，不得混用。点样时，使毛细管液面刚好接触到层析板即可，切勿点样过重而使薄层破坏。