UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CAMPECHE

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICO BIOLÓGICAS

QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO

REPORTE DE LABORATORIO

EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE LA CAFEÍNA

PRESENTA:

ARJONA MARTÍNEZ CARLOS IVÁN

CASTRO CRUZ LOURDES

EK ORTIZ FANY

PECH PERERA DARWIN SALVADOR

SEGOVIANO ROMERO SARA

Contenido 1. Introducción ..............................................................................................................................3

1.1. Estructura de la cafeína ...............................................................................................3

1.1.1. Usos y efectos ..................................................................................................................4

1.1.2. Propiedades químicas .....................................................................................................5

1.1.3. Propiedades físicas .........................................................................................................5

1.1.4. Mecanismo de acción .....................................................................................................6

1.1.5. Efectos farmacológicos ...................................................................................................6

2. Objetivo .....................................................................................................................................7

3. Hipótesis ...................................................................................................................................7

4. Materiales, equipos y reactivos. ............................................................................................8

5. Metodología ..............................................................................................................................9

6. Resultados ..............................................................................................................................12

7. Discusión ................................................................................................................................12

8. Conclusión ..............................................................................................................................13

9. Cuestionario ...........................................................................................................................14

Referencias ....................................................................................................................................15

Practica # 2

Extracción y purificación de la cafeína.

1. Introducción

1.1. Estructura de la cafeína

La cafeína es un polvo inodoro, incoloro y amargo. Friedrich Ferdinand Runge la

aisló del café en 1819 y del té en 1827, pero su estructura química no se describió

hasta 1875 por E. Fischer (Figura 1). La cafeína (1,3,7-trimetilxantina) y otros

alcaloides metilxantínicos, son derivados del grupo de las xantinas, que a su vez

se derivan de las purinas. También es conocida por el nombre teína, guaranína o

mateína. Su fórmula condensada es: C8H10N4O2. (Calle, 2011)

Figura 1. Estructura química de la cafeína.

La cafeína se encuentra en muchas especies de plantas, donde actúa como

pesticida natural. Según ciertos estudios, los altos niveles de cafeína presentes en

plantas jóvenes que aún están desarrollando follaje pero carecen de protección

mecánica logran paralizar y matar ciertos insectos que se alimentan de la planta.

Se han encontrado también altos niveles de cafeína en los suelos alrededor de los

vástagos en los granos de café germinados. (Guia, 2010)

1.1.1. Usos y efectos

El consumo de esta sustancia, proporciona una gran cantidad de antioxidantes

que influyen en el retraso del envejecimiento, prevención de enfermedades

(Parkinson, Alzheimer, cálculos renales y cálculos biliares), ayuda a mantener

buena memoria y a mejorar el rendimiento físico y mental. (Temez, 2011)

También se ha comprobado que aumenta el estado de alerta, la concentración, la

coordinación, el ánimo y la motivación. No se ha reportado que altere la presión

arterial ni el ritmo cardíaco (excepto en aquellas que no beben café de forma

regular). Evita la formación de coágulos (previniendo infartos y embolias), dilata

los bronquios (previniendo crisis de asma). Disminuye los dolores de cabeza al

dilatar los vasos sanguíneos del cerebro. Favorece el efecto de los analgésicos,

evita el crecimiento bacteriano en la boca (por lo que previene caries siempre y

cuando no se le agregue leche o azúcar). (Temez, 2011)

Sobre los efectos negativos atribuidos al café, los científicos han refutado algunos

mitos existentes y han llegado a la conclusión de que el café no causa

osteoporosis ni úlceras gastrointestinales, no causa cáncer (de hecho, disminuye

el riesgo de algunos tipos de cáncer como de estómago), no afecta al bebé

durante la gestación (menos de 2 tazas al día). También se ha reportado que a

diferencia de lo que se creía, no afecta a los niños (excepto en infantes

hiperactivos) ni crea adicción. (Temez, 2011)

Cabe mencionar que algunos factores influyen en la composición de una taza de

café como la especie de procedencia, el proceso de tostado, el grado de molido, el

método de preparación y la cantidad de café utilizado. Es importante recalcar que

el café no debe hervirse directamente en el agua y siempre debe de ser filtrado; de

lo contrario se ha visto que eleva la cantidad de colesterol y c-LDL (“colesterol

malo”) en la sangre. (Temez, 2011)

1.1.2. Propiedades químicas

Los granos de café poseen más de 2,000 sustancias diferentes (cafeína,

minerales, lípidos, trigonelinas, aminoácidos proteínas, ácidos alifáticos,

glicósidos y carbohidratos) de tal manera que el café no es solo cafeína (1,3,7-

trimetilxantina), sin embargo es el ingrediente farmacológicamente más activo.

(Pardo, 2007)

Las dimetilxantinas derivadas (teofilina y teobramina) también se encuentran en

una variedad de especies de plantas. La composición de los granos de café se

altera de forma dramática por el proceso de tostado, y pierde gran cantidad de

agua (posee apenas 1% a 5%), proteínas, ácidos clorogénicos y carbohidratos.

(Pardo, 2007)

1.1.3. Propiedades físicas

Esta sustancia es soluble en agua. Sin embargo tiene más afinidad por algunos

disolventes orgánicos, como el cloroformo, CHCl3 y el diclorometano (CH2Cl2)

que a su vez son casi inmiscibles en agua. En estado puro es un sólido cristalino

blanco inodoro en forma de agujas blancas o polvo, con un gusto muy amargo,

que tiene una densidad de 1,23 g/ml, un punto de fusión de 237 °C y es

eflorescente en contacto con aire. A presión atmosférica sublima a 176 °C, sin

descomposición. También, puede cristalizar en forma de prismas hexagonales. La

cafeína puede formar combinaciones estables con sales alcalinas de ácidos

débiles, como el benzoato y silicato de sodio, pero su reacción con ácidos da lugar

a compuestos muy inestables. Se descompone fácilmente por la acción de álcalis

calientes y por cloro. (Pardo, 2007)

1.1.4. Mecanismo de acción

Las metilxantinas (cafeína, teofilina y teobromina) por su semejanza a las purinas

se unen a los receptores A1 y A2a de la adenosina, actuando como antagonistas

competitivos (concentraciones de 10-40 micro molar/L). Esto produce una

inhibición de la fosfodiesterasa que da lugar a un aumento de las concentraciones

de AMPc y de GMPc, una activación de canales de K+ y una inhibición de los

canales de calcio de tipo N. En cerebro los receptores de adenosina inhiben la

liberación de numerosos neurotransmisores (GABA, acetilcolina, dopamina,

glutamato, noradrenalina y serotonina), la cafeína producirá el efecto contrario.

(Pardo, 2007)

Los receptores A2a se co expresan con receptores de encefalina y dopamina D2

en las neuronas del estriado. La cafeína potencia la neurotransmisión

dopaminérgica en esa área cerebral y en parte podría explicar su potencial de

abuso. Además, la cafeína actúa a concentraciones mucho mayores de las que

antagonizan la adenosina como inhibidor directo de la fosfodiesterasa (400 micro

mol/L). (Pardo, 2007)

1.1.5. Efectos farmacológicos

Las metilxantinas tienen efectos comunes, aunque de intensidad variable. Por

orden de potencia son la teofilina, la cafeína y por último la teobromina.

La cafeína produce de forma dosis dependiente una activación generalizada del

SNC, posiblemente al aumentar la liberación de noradrenalina. Aumenta la alerta,

Reduce la sensación de cansancio y fatiga, aumenta la capacidad de mantener un

esfuerzo intelectual y mantiene el estado de vigilia a pesar de la privación de

sueño. Además, mediante la inhibición de los receptores A2, la cafeína tiene una

acción reforzante mediante la liberación de dopamina en el circuito cerebral de

recompensa (sistema mesolímbico y nucleus accumbens). Esta acción se

explicaría por un aumento de la fosforilación del DARPP-32 (fosfoproteina de la

regulación de dopamina y AMPc). (Pardo, 2007)

Efectos analgésicos: La cafeína tiene un efecto analgésico dosis-dependiente

potenciada por los inhibidores de la serotonina y un efecto adyuvante en la

analgesia. (Pardo, 2007)

Cardiovasculares: La administración de cafeína provoca un aumento de la presión

arterial y tiene un efecto cronotrópico e inotrópico positivo por inhibición de los

receptores adenosínicos cardiacos, resultando en un aumento de la frecuencia

cardiaca. En cambio, el chocolate a dosis bajas induce la formación de óxido

nítrico y disminuye la presión arterial. La cafeína no induce o empeora la severidad

de las arritmias ventriculares y no aumenta el riesgo de fibrilación auricular ni

flutter, excepto a dosis muy elevadas. La teofilina y, en menor grado, las otras

metilxantinas estimulan la contractilidad cardiaca de forma más rápida que la

digital y más prolongada que los beta-adrenérgicos. Las metilxantinas producen

vasoconstricción a nivel cerebral.

2. Objetivo

Utilizar las técnicas de separación de mezclas y disoluciones para lo

obtención de la cafeína.

Purificar la cafeína por medio de la destilación simple y la recristalización.

3. Hipótesis

Se pretende Obtener cafeína a partir del grano del café con el empleo de

separación de mezclas, disoluciones y su posterior recristalización.

4. Materiales, equipos y reactivos.

Materiales: Materiales:

1 Probeta graduada de 100ml. 1 Matraz de balón de

500ml.

1 Vidrio de reloj 1 Placa de calentamiento

1 Vaso de precipitado de 100ml. 1 Sistema de reflujo

1 Vaso de precipitados 250ml. 2 Pinzas de tres dedos con

nuez

1 Mortero con pistilo 2 Manguera de látex

1 Arillo metálico 1 Embudo büchner

2 Soporte universal 1 Matraz Erlenmeyer de

250ml.

1 Espátula 1 Embudo de separación

de 250ml.

1 Equipo de destilación

Reactivos

5 g Carbonato de sodio

30 mL Cloroformo

50 mL Acetona

50 mL Éter de petróleo

5. Metodología

Extracción solido-liquido reflujo

Se pesaron 100 g de café soluble (por falta de café en grano). Se Colocó el café

en un matraz de fondo de balón de 500 mL y se añadió 200 mL de agua destilada.

Se armó el sistema de reflujo colocando el matraz de balón en una placa de

calentamiento, y se procedió a calentar el reflujo durante 30 minutos (Figura 2).

Figura 2: sistema de reflujo con mezcla de café

Transcurridos los 30 minutos de reflujo se filtró la mezcla con la ayuda del embudo

de büchner (no se pudo realizar la filtración con la bomba al vacío ya que este no

servía). Se le añadió carbonato de sodio (aproximadamente 5 g) hasta que se

disolvió el sólido.

Extracción liquido-liquido.

Al terminar la filtración de la solución se colocó en un embudo de separación de

250 mL y se le añadio 30 mL de cloroformo, se tapó cuidadosamente y se agito

para lograr separar las dos fases (fase orgánica y fase acuosa), se recogió la fase

orgánica. Se repitió esta operación 3 veces para terminar de recolectar la cafeína

de la solución agregando otros 30 mL de cloroformo para cada una de ellas.

(Figura 3)

Figura 3: Embudo de separación (Fase orgánica y acuosa de la solución)

Le agregamos pequeñas cantidades de sulfato anhidro a la extracción orgánica

para absorber el agua restante.

Destilación simple.

Se armó el equipo de destilación simple y colocamos nuestra fase orgánica en un

matraz balón, se colocaron las perlas de vidrio para evitar que ebulla la solución,

con el uso de la parrilla eléctrica se procedió a calentar lentamente hasta que se

mantuvo una temperatura constante. Se recogió el destilado en un matraz

Erlenmeyer. (Figura 4)

Figura 4: Destilado del café

Recristalización.

La solución destilada se disolvió en acetona, y calentándolo a baja temperatura se

le fue añadiendo éter de petróleo gota por gota hasta que apareció una ligera

turbidez.

Dejamos enfriar a temperatura ambiente, hasta que aparecieron los cristales de

cafeína purificada. (Figura 5)

Figura 5: cristales de cafeína

6. Resultados

Durante esta práctica de laboratorio se realizó la extracción y purificación de la

cafeína contenida en los granos de café. Se logró obtener satisfactoriamente la

solución de reflujo así como el destilado del mismo que luego fue purificado hasta

obtener los cristales de cafeína. Dando un resultado esperado en la práctica.

7. Discusión

La cafeína es un compuesto prescindible para el organismo pero que es asimilado

por él. Posee una estructura compleja y en ella contiene Nitrógeno; en un medio

ácido actúan como base y forman sales. Ésta descripción se reduce a que es un

metabolito secundario, del grupo de los alcaloides.

Para llevar a cabo la extracción se debió cumplir con una serie de pasos que

tenían como fin optimizar este proceso y conseguir la cafeína lo más pura posible.

Al mezclar el café con agua caliente y someterlo a ebullición la cafeína del te

queda en solución, y la adición del carbonato de sodio hace que se des protonen

los grupos fenólicos de los componentes taninos y flavonoides que le dan

coloración al té, quedando solubles en agua y así los podemos separar fácilmente

en la extracción liquido-liquido, ya que se irán a la fase acuosa.

En la extracción, utilizamos dos porciones de diclorometano, que fue nuestro

solvente orgánico, porque los alcoholes, ácidos, cetonas, son capaces de

asociarse con el agua a través de puentes de hidrogeno, parcialmente solubles en

agua y solventes orgánicos, por esto es más efectiva si se realizan varias veces.

En la fase acuosa quedan las sales inorgánicas que son poco solubles en

solventes orgánicos, y en la fase orgánica quedan los compuestos orgánicos

insolubles en agua.

A la fase orgánica le agregamos sulfato sodio anhídrido, para secarla, la filtramos

y evaporamos el solvente en una placa de calentamiento.

Para la purificación disolvemos la cafeína cruda en acetona caliente, al calentar la

acetona aumentamos la solubilidad, para poder disolver por completo la cafeína

cruda lo que ayuda a la cristalización de la cafeína, acelerando este proceso.

8. Conclusión

Se obtuvo cafeína, aunque la cantidad fue menor a la esperada. La purificación de

la cafeína fue realizada mediante el empleo de disolventes pero por falta de

equipos como el rota vapor la cantidad neta de la cafeína obtenida fue escasa.

9. Cuestionario

1.- ¿Por qué la mayoría de los alcaloides son extraídos con una solución acuosa

acida? R: porque los alcaloides se comportan como bases en la presencia de una

solución acida por lo cual forman sales.

2.- ¿Cuál es la acción del agua? R: disolver el compuesto para poder extraer la

cafeína.

3.- ¿Cuál es la razón del reflujo? R: para el calentamiento de reacciones que

transcurren a temperatura superior a la ambiente y en las que conviene mantener un

volumen de reacción constante.

4.- ¿Por qué filtrar al vacío y en caliente? R: Se utiliza una filtración en caliente y al

vacío, cuando las impurezas que se quieren eliminar son insolubles en agua a

temperatura ambiente pero solubles a temperaturas altas, si se calienta lo que se va

filtrar entonces las impurezas solubilizan por lo tanto al filtrar al vacío las impurezas

salen con el agua por la parte de abajo y sobre el papel queda la sustancia que

querías filtrar y se logra la purificación del compuesto.

5.- ¿Cuál es la acción del carbonato de sodio? R: asegurar el correcto

funcionamiento del resto de sustancias que lo componen, enzimas, tensioactivos

durante las diferentes fases del lavado.

6.- ¿Por qué es conveniente extraer varia veces con pequeñas cantidades de

solventes en lugar de realizar una única extracción con mayor volumen del

mismo solvente? R: para q la extracción este más pura y libre de contaminantes.

7.- ¿Por qué deberías agregar sal para romper una emusión que se pudiera

formar al extraer una fase acuosa con un solvente orgánico? R: por la producción

de tensión interfasal.

8.- ¿Cuál es la afinidad de agregar un desecante? R: La sal en su forma

deshidratada absorbe la humedad hidratándose.

9.- ¿Qué desecantes conoces y en que circunstancias podrías utilizar cada uno

de ellos? R: El gel de sílice que se emplea para dejar libres de humedad aparatos

ópticos y electrónicos y en el laboratorio, mantener seco el aire de un recipiente

donde se encuentran por ejemplo, papeles de filtro que se desean pesar con la

sustancia filtrada seca (determinación de sólidos en suspensión o disueltos), el

cloruro de calcio tiene un poder desecante muy alto pero sólo se podría usar en un

recipiente hermético.

10.- ¿Qué otro disolvente se puede utilizar para poder extraer cafeína? R: El

carbón activado.

11.- ¿De qué otra forma se puede extraer a la cafeína? R: por medio de

sublimación.

12.- ¿Qué es un alcaloide? R: metabolitos secundarios de las plantas sintetizados,

generalmente, a partir de aminoacidos, que tienen en común su hidrosolubilidad a pH

ácido y su solubilidad en solventes orgánicos a pH alcalino. Los alcaloides verdaderos

derivan de un aminoácido, son por lo tanto nitrogenados

13.- ¿Cuál es el disolvente ideal de la cafeína para recristalizarla? R: La acetona

Referencias

Calle, S. (2011). Determinación analítica de la cafeina en diferentes productos comerciales.

Barcelona: Departamento de Química Industrial, Universidad Politécnica de Catalunya

(UPC).

Guia, L. (2010). La Guia de quimica . Obtenido de http://quimica.laguia2000.com/compuestos-

quimicos/la-cafeina-y-sus-propiedades-quimicas

II, Q. (2005). Separación y Purificación de Compuestos Orgánicos. escuela Supeior de Salud y

Ambiente, Universidad Nacional del COMAHUE.

López, F. (2012). Métodos de separación de mezclas: Extracción con solventes. México: Universidad

Nacional Autónoma de México, Manual de Prácticas de Laboratorio de Química 1.

Marcilla, A. (1999). Introduccion a las Operaciones de separación. España: Publicaciones de la

Universidad Alicante.

Pardo, L. R. (2007). Cafeína: un nutriente, un fármaco, o una droga de abuso. Págs. 225-238.

Temez, M. (2011). JOIN. Obtenido de Agencia ciudadana de noticias: http://join.org.mx/?p=6437