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Protocolo experimental de extração da cafeína do chá preto; traz introdução e propriedades da cafeína, técnicas (refluxo, extração líquido–líquido), procedimento passo a passo com reagentes (CH2Cl2, CaCO3, NaCl, MgSO4), questionário e anexos sobre maceração e percolação.

Ferramentas de estudo

Questões resolvidas

1- O que é um alcaloide?

2- Por que os alcaloides geralmente apresentam caráter básico?

3- Por que a cafeína é extraída com uma solução aquosa básica enquanto a maioria dos alcaloides são extraídos das plantas com uma solução aquosa ácida?


What are the different techniques used in hot extractions?


a) Digestion, dynamic maceration, and re-maceration.
b) Percolation and fractional percolation.
c) Infusion, decoction, reflux extraction, and Soxhlet extraction.

What is the purpose of a Liebig condenser in a distillation process?


a. For simple and fractional distillation (coupled to the fractionating column through the distillation head).
b. To condense the vapors of the liquid in the reflux distillation process.
c. For vacuum distillation.

What is the purpose of a Büchner funnel in laboratory filtrations?


a. To separate immiscible liquids of different densities.
b. To generate suction of air and produce vacuum during the filtration process.
c. To condense vapors generated by heating liquids.

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Questões resolvidas

1- O que é um alcaloide?

2- Por que os alcaloides geralmente apresentam caráter básico?

3- Por que a cafeína é extraída com uma solução aquosa básica enquanto a maioria dos alcaloides são extraídos das plantas com uma solução aquosa ácida?


What are the different techniques used in hot extractions?


a) Digestion, dynamic maceration, and re-maceration.
b) Percolation and fractional percolation.
c) Infusion, decoction, reflux extraction, and Soxhlet extraction.

What is the purpose of a Liebig condenser in a distillation process?


a. For simple and fractional distillation (coupled to the fractionating column through the distillation head).
b. To condense the vapors of the liquid in the reflux distillation process.
c. For vacuum distillation.

What is the purpose of a Büchner funnel in laboratory filtrations?


a. To separate immiscible liquids of different densities.
b. To generate suction of air and produce vacuum during the filtration process.
c. To condense vapors generated by heating liquids.

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO 
INSTITUTO DE QUÍMICA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICA 
 
 
EXTRAÇÃO DA CAFEÍNA DO CHÁ PRETO 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
A cafeína (Figura 1) é um produto natural que pertence à classe dos alcaloides do 
grupo das metilxantinas. Apresenta ponto de fusão de 236°C é sólida cristalina de 
coloração branca com aspecto brilhante, sem cheiro e com sabor amargo. É solúvel em 
água (2,17 g/100 mL a 25°C). 
A cafeína está presente, de forma natural, em mais de 60 espécies de plantas 
distribuídas por todas as regiões geográficas do planeta. Está contida nas mais usuais 
bebidas como: café coado (150 mg/xícara), café expresso (350 mg/xícara) e 30-90 mg/mL 
no chimarrão, por exemplo. No chá preto estão presentes além da cafeína outras 
substâncias como a clorofila, taninos, celulose e flavonoides entre outros. 
 
 
Figura 1. Estrutura molecular da cafeína. 
 
Técnicas Aplicadas: 
 
Extrações a quente sob refluxo 
Nesse processo o material vegetal é colocado em contato com um solvente em ebulição 
num recipiente fechado acoplado a um condensador. O condensador garante que os 
vapores do solvente sejam condensados e voltem a entrar em contato com a solução, 
garantindo assim o reaproveitamento deste. Porém não se pode deixar de atentar para a 
instabilidade térmica de algumas substâncias. 
 
Métodos de extração líquido / líquido 
A partição implica na dissolução seletiva e distribuição entre as fases de dois solventes 
imiscíveis. Tem-se, a partir daí, o início da separação dos componentes da mistura (as 
substâncias mais polares separam-se das substâncias menos polares). O fracionamento 
por partição é um método de extração líquido-líquido que ocorre em um funil de 
separação. 
 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
1. Adicionar a um balão de fundo redondo de 250 mL: 5 g de folhas de chá preto e 2,5 g 
de CaCO3, e acrescentar 150 mL de água destilada e 5 pedrinhas de porcelana; 
2. Colocar o condensador de refluxo e aquecer a mistura à ebulição durante 30 minutos; 
3. Filtrar em funil de Buckner acoplado a um kitassato, a pressão reduzida para remover 
o restante da massa de chá preto que não será utilizada; 
4. Transferir o filtrado para um Erlenmeyer e adicionar 5 g de NaCl ao filtrado e agitar; 
5. Transferir a solução para uma ampola (funil) de decantação e extrair a cafeína em duas 
etapas com 2 (duas) porções de 15 mL de CH2Cl2; 
6. Recolher a fase orgânica (fase inferior) em um bécher de 50 mL e adicionar 2 g de 
MgSO4 anidro a esta fase recolhida (fase orgânica). Agitar vigorosamente durante 10 
minutos, de forma a absorver alguma água que ainda persista; 
7. Proceder a uma filtração simples, transferindo a solução resultante para um outro 
bécher, este previamente tarado (você precisará desse valor para calcular o rendimento de 
extração); 
8. Deixar evaporar o diclorometano até aproximadamente 5 mL e aquecer 
cuidadosamente em chapa de aquecimento até a formação de cristais; 
9. Pesar o bécher e determinar o % (m/m) de cafeína contida na massa de chá preto 
utilizada; 
10. Determinar o ponto de fusão do sólido obtido. 
 
QUESTIONÁRIO: 
 
1- O que é um alcaloide? 
2- Por que os alcaloides geralmente apresentam caráter básico? 
3- Por que a cafeína é extraída com uma solução aquosa básica enquanto a maioria dos 
alcaloides são extraídos das plantas com uma solução aquosa ácida? 
ANEXOS: 
 
1- Métodos de extração sólido / líquido 
Os processos de extração podem ocorrer à temperatura ambiente ou sob aquecimento. Por 
isso as técnicas de extração estão classificadas segundo a temperatura. 
 
1.1- Extrações a frio 
 
Maceração: A maceração é uma operação onde o material vegetal é colocado em contato 
com o líquido extrator em um recipiente fechado, à temperatura ambiente, por um 
prolongado período (normalmente alguns dias). Durante o período de maceração não há 
renovação do líquido solvente e a mistura é ocasionalmente agitada. 
 
Existem variações da maceração, as quais visam apenas aumentar a eficiência desse 
processo, são elas: 
 
-Digestão: maceração realizada em sistema aquecido (40-60°C). 
-Maceração dinâmica: maceração feita com agitação mecânica constante. 
-Remaceração: repetição da maceração usando-se o mesmo material vegetal e renovando-
se o líquido extrator. 
 
Percolação: A percolação envolve um conjunto de procedimentos cuja intenção é a 
extração exaustiva das substâncias, ou seja, a extração continua até que as substâncias 
sejam extraídas em toda a sua quantidade. Na percolação, o material vegetal moído é 
colocado no percolador (figura 1), que se trata de um recipiente cônico ou cilíndrico, feito 
de vidro ou metal, por onde passa o líquido extrator. O produto obtido após a extração 
denomina-se percolado. Diferentemente da maceração, a percolação é uma operação 
dinâmica, indicada na extração de substâncias presentes em pequenas quantidades ou 
pouco solúveis. Existem dois tipos de percolação, a percolação simples e a percolação 
fracionada: 
 
Percolação simples: A percolação simples inicia-se com o intumescimento do material 
vegetal pelo líquido extrator, durante uma a duas horas, fora do percolador. A Segunda 
etapa é o empacotamento homogêneo e não muito compacto do percolador, onde o 
material vegetal é colocado no percolador de maneira semelhante ao empacotamento da 
coluna cromatográfica, ou seja, leva-se em consideração fatores como a homogeneidade 
de enchimento, tamanho da partícula e fenômenos de difusão. Feito isto abre-se a válvula, 
cuidando para que a velocidade do fluxo esteja adequada ao tamanho das partículas no 
percolador. Pode-se adicionar tanto líquido extrator quanto necessário para a extração 
completa das substâncias presentes no material vegetal. 
 
Percolação fracionada: Na percolação fracionada separa-se as duas ou três primeiras 
frações de percolado, que contêm, normalmente, em torno de 75 a 80% das substâncias a 
serem extraídas do restante das frações, mais diluídas. Estas últimas são destinadas à fase 
posterior de concentração. 
A desvantagem da percolação é a grande quantidade de solvente usado para esgotar as 
substâncias do material vegetal. As variações da percolação visam, única e 
exclusivamente, contornar esse inconveniente. 
 
Figura 1: Percolador 
 
1.2- Extrações a quente 
 
1.2.1- Em sistemas abertos: 
 
Infusão: Na infusão o material vegetal é colocado em água fervente durante certo tempo, 
num recipiente tapado. A infusão é aplicável a partes vegetais menos rígidas, que devem 
estar contundidas, cortadas ou pulverizadas grosseiramente, conforme a sua natureza, a 
fim de facilitar a penetração e a dissolução pelo solvente. 
 
Decocção: A decocção consiste em colocar o material vegetal em contato com o solvente 
em ebulição durante certo tempo. A técnica não é indicada em qualquer caso, devido à 
instabilidade ao aquecimento prolongado apresentado por algumas substâncias. Por essa 
razão a decocção é indicada para partes vegetais mais resistentes. 
 
1.2.2- Em sistemas fechados: 
 
Extração sob refluxo: Explicado no texto principal. 
 
Extração em aparelho de Soxhlet: Nessa técnica de extração o material vegetal entra 
em contato com o solvente renovado em cada ciclo da operação, tendo a vantagem de 
usar menos solvente, uma vez que este é reaproveitado. Outra vantagem é a rapidez, 
proporcionada pelo aquecimento e pela renovação constante do solvente. Porém, assim 
como em todos os métodos de extração a quente, deve-se atentar para a termolabilidade 
de algumas substâncias. 
 
Figura 3: Extrator Soxhlet 
2- Vidrarias utilizadas 
 
Bécher ou béquer é um tipo de recipiente utilizado nos laboratórios de química. Há dois 
tipos de Becker, o Copo de Griffin ou Becker Forma Baixa e Copo de Berzelius ou Bécher 
Forma Alta. De modo muito grosseiro efetua-se medidas com o copo de Bécher, pois a 
sua medida é muito imprecisa (normalmente com precisão varianteem 5 % do marcado). 
 
Suas principais características são: 
1. Apresentar uma escala para medição aproximada; 
2. Possuir base plana para uso autônomo; 
3. Conter bico para transferência; 
4. Ser provido de boca larga. 
 
Seu uso é recomendado para experimentos em que esteja presente pelo menos um sólido. 
Feito de vidro pyrex refratário ou de polímeros como o polietileno ou o polipropileno, o 
bécher pode ser utilizado em uma ampla faixa de temperatura. Suas capacidades 
volumétricas mais comuns são 80, 125, 250 e 400 mL. 
 
 
Balão Kitassato, ou mais simplesmente Kitassato, é uma vidraria de laboratório usada 
normalmente junto com o funil de Büchner em filtrações (sob sucção) a vácuo. É 
constituído de um vidro espesso e um orifício lateral. 
 
Funil de Büchner é um tipo de vidraria de laboratório, consistindo num funil feito de 
porcelana e com vários orifícios, como uma peneira. É usado junto com o Kitassato em 
filtrações a vácuo. 
 
 
Trompa d'água: serve para provocar a sucção do ar e produzir vácuo, durante o 
processo de filtração. 
 
 
Funil de separação: é uma vidraria de laboratório usada para separar líquidos imiscíveis 
de densidades diferentes. Geralmente, um dos líquidos será a água e o outro, um solvente 
orgânico como o éter ou o clorofórmio. O funil, que possui uma forma de cone sobreposto 
por uma semiesfera, tem uma torneira na parte de baixo e um bocal na parte de cima. Para 
usá-lo, os dois líquidos em uma mistura são vertidos dentro do funil através do bocal, 
com a torneira fechada. O funil é então tampado, agitado, invertido e a torneira é aberta 
cuidadosamente para liberar a pressão em excesso. É deixado em descanso por 
determinado tempo e depois a torneira é aberta de forma a deixar que o líquido mais denso 
escoe para outro recipiente. O usuário deve ser cuidadoso de forma a fechar a torneira 
exatamente quando todo o líquido mais denso tenha sido evacuado do funil. 
 
 
Balão de destilação ou de fundo redondo: vidraria utilizada principalmente para 
destilação. Conecta-se a um condensador e geralmente é fabricado por vidro de 
borosilicato (vendido comercialmente com o nome de pirex). Também é utilizado em 
reações que passam por aquecimento. Balão de fundo chato tem a vantagem de não 
requerer uso de suporte para serem mantidos em posição vertical. 
 
 
Condensador: tem como finalidade condensar vapores gerados pelo aquecimento de 
líquidos. Os mais comuns são: 
 
a. Condensador de Liebig: para destilação simples e fracionada (acoplada a coluna de 
fracionamento através da cabeça de destilação); 
b. Condensador de bolas: serve para condensar os vapores do líquido no processo de 
destilação sob refluxo; 
c. Condensador de Graham ou em espiral: para destilação à vácuo.

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