Extração da cafeína

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UECE-Universidade Estadual do Ceará
 FACEDI – Faculdade de Educação de Itapipoca – Química Orgânica I – 2019.1
Dário GOMES 
Alison DUARTE
Universidade Estadual do Ceará/Faculdade de Educação de Itapipoca Relatório de Trabalho para Química Orgânica I
OBJETIVOS
O objetivo desde trabalho foi realizar a extração da cafeína a partir do pó de café e determinar o rendimento percentual, ou seja, a quantidade de cafeína isolada no processo de extração
INTRODUÇÃO
A cafeína é um composto químico caracterizado como um alcaloide que faz parte do grupo das xantinas. Ela possui uma fórmula molecular C8H10N4O2 e de acordo com a normas das IUPAC, pode ser chamada quimicamente de 1,3,7-trimetilxantina, figura 1. Os alcaloides são substâncias orgânicas que possuem um caráter básico, pelo fato da presença de átomos de Nitrogênio presente na sua estrutura e estes apresentam um ou mais pares de elétrons livres, o que confere a basicidade a molécula. A cafeína pode ser encontrada no guaraná, na erva-mate e em outros vegetais, ela também é presente nas bebidas como o chá, café, refrigerantes e energéticos.
Figura 1. Estrutura da cafeína – 1,3,7-trimetilxantina.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
A extração da cafeína envolve vários princípios básicos de química geral e orgânica como: os métodos de separação de mistura e a solubilidade dos compostos orgânicos e extração. Para iniciar-se a prática utilizou-se o conceito de solubilidade, pois alguns compostos orgânicos têm mais solubilidade com determinados solventes e outros não, nessa extração utilizou-se a água, inicialmente, como solvente. A água, em muitas misturas, tem a função de separar a parte orgânica das demais outras substâncias presentes no composto. Nesses tipos de extração o sólido (composto utilizado) deve estar triturado, pois isso aumentará a superfície de contato do composto, ou seja, o solvente utilizado terá mais contato com o sólido facilitando assim a dissolução do composto. 
	Um dos conceitos práticos aprendido logo ao entrar-se na faculdade pelo estudante é a filtração de substancias. Em casos de extração de sólido-líquido é necessário a filtração da solução resultante da mistura do solvente com sólido em questão, ou seja, é necessário separar a parte orgânica em solução das demais outras substâncias que não serão utilizadas no processo de extração. Depois da extração sólido-líquido é necessário fazer uma extração líquido-liquido, pois, o composto orgânico agora está na fase líquida, logo, será utilizado outro solvente que irá interagir com as substâncias ali presentes por meio da polaridade dos compostos. 
Finalizando esses processos, será utilizado mais dois processos de separação de mistura: a decantação (para separar as substancias com diferentes polaridades, sobrando somente a parte orgânica necessária para a extração) e o aquecimento em chapa quente (para ebulir o solvente e ficar somente o produto idealizado na extração), também pode-se utilizar a destilação simples para isso
METODOLOGIA
	TABELA 1: MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS
	EQUIPAMENTOS 
	REAGENTES
	2- Béquer
	Café (Maratá)
	Chapa aquecedora 
	Carbonato de cálcio 
	Funil simples
	Água destilada 
	2- Papel de filtro 
	Metileno (diclorometano
	Funil de separação
	Sulfato de sódio anidro 
	2 - Erlenmeyer 
	
	Balança analítica
	
	2- Espátulas
	
	1- bastão de vidro
	
 
Em um béquer, previamente tarado, foram pesados 5,6509 gramas de café em uma balança analítica. Em seguida foi adicionado aproximadamente uma espátula de carbonato de cálcio e 30 mL de água destilada nesse mesmo béquer, depois disso, utilizando um bastão de vidro, o sistema foi misturado e colocado para aquecer em uma chapa aquecedora por 5 minutos a uma temperatura inicial de 100 °C, devido ao sistema não ter aquecido, a temperatura foi aumentada para 150 °C. Logo após, a mistura ainda quente foi filtrada em sistema de filtração utilizando um funil de filtração e papel de filtro, terminada a filtração da mistura, a solução resultante foi colocada em repouso para esfriar. Logo depois, já fria, a solução foi transferida para um funil de separação e adicionou-se 10 mL de metileno. O sistema foi agitado suavemente até aparecer a separação de fases da mistura, em seguida foi montado o sistema de filtração para separar a fase orgânica do sistema em um erlenmeyer. Logo em seguida, essa etapa foi realizada mais duas fases. 
Depois de ter separado bem a fase orgânica do sistema adicionou-se três espátulas de sulfato de sódio anidro ao erlenmeyer, em seguida agitou-se bem a mistura até a formação de um aglomerado, devido a isso foi adicionado mais três espátulas de sulfato de sódio anidro e colocado em repouso por uns 3 minutos. Passados os 3 minutos a mistura foi filtrada em outro erlenmeyer e colocada para aquecer, em uma temperatura de 50 °C, até que o solvente evaporasse e aparecesse a formação de cristais. Depois de terem aparecido os cristais foi deixado o erlenmeyer esfriar até chegar a temperatura ambiente. Logo após, o erlenmeyer foi pesado e calculado a quantidade de cafeína obtida e o rendimento. 
RESULTADOS E DISCUSSÃO
	TABELA 2: PERCENTUAL DA CAFEÍNA PRESENTE NO CAFÉ EM PÓ
	Café em pó
	Massa (g)/ pó
	Cafeína
	%
	A
	5,6509 g
	0,0248 g
	~ 0,4%
De acordo com a Associação Brasileira da Indústria do Café (ABIC), o Brasil apresenta um consumo de café industrialmente descafeinado com um teor de 0,03-1,2% de cafeína. E como mostra na tabela 2, a partir da extração da cafeína de um determinado café em pó utilizado nesse processo, foi extraído 0,0248 gramas de cafeína de 5,6509 gramas de café em pó em que apresentou um percentual/rendimento de aproximadamente 0,4%. Considerando o teor de cafeína conforme a legislação, a quantidade de cafeína extraída do café utilizado está dentro dos padrões. Mas a dose utilizada do café em pó era para ser apenas um pacotinho de chá, ou seja, foi usado outro material no processo e que pode ter interferido para os valores determinados. A utilização do carbonato de cálcio no processo de extração, atua com um antiemulsificante, em que ao ser adicionado com o pó de café e a água aumenta a densidade entre elas anulando, ou seja, quebrando a suspensão que existente, processo chamado de emulsão. Além de formar sais de cálcio e ácidos tônicos. 
Em seguida, é usado o diclorometano em que separa esses sais dá cafeína devido serem insolúveis. Já a cafeína por possuir um grupo amino que tem disponível um par de elétrons livres se uni com o diclorometano que possui um hidrogênio com um orbital vazio capaz de receber esse par de elétrons, sendo solúveis. Após a separação da parte orgânica mais o diclorometano pela decantação feita no funil de separação simples, nesta solução foi usado sulfato de sódio anidro para purificá-la. Com alguns minutos se formou um aglomerado no fundo do becker separando a cafeína das impurezas, pelo fato do sulfato de sódio ser um agente secante que possui um caráter muito forte em se ligar com a água formando hidratos. O fato do diclorometano ser bem volátil, com um ponto de ebulição bem baixo, aproximadamente de 40°C. Foi levado a solução orgânica para a fervura à 100°C e após alguns minutos restou apenas a cafeína.
 
Figura 2. Cafeína no fundo do becker após o processo de extração a partir do café em pó.CONCLUSÃO
Portanto, a partir dessa prática da extração da cafeína foi possível obter vários conhecimentos de processos e técnicas laboratoriais, como por exemplo: isolamento de compostos orgânicos em sistemas solido-líquido e líquido-líquido. Por conseguinte, também foi possível aprimorar algumas técnicas de separação de misturas vista de maneira teórica em sala de aula. Ademais, com essa extração pode-se verificar que o percentual da cafeína no café em pó é muito baixo e dependo do tipo de café que será utilizado essa concentração (ou percentual) pode variar para mais ou para menos.