实验46从茶叶中提取咖啡因

　　一、实验目的

　　（1）掌握生物碱提取的原理和方法。

　　（２）掌握用升华法提纯易升华物质的操作技术。

　　二、实验原理

　　咖啡因是存在于茶叶、咖啡、可可以及某些植物中的生物碱之一，为杂环化合物嘌呤的衍生物。咖啡因的学名为1，3，7三甲基2，6二氧嘌呤，它是具有绢丝光泽的无色针状结晶，含一个结晶水。其结构式如下：

　　咖啡因呈弱碱性，常以盐或游离状态存在，能溶于氯仿、丙酮、乙醇和水（热水中溶解度更大），但难溶于冷的乙醚和苯。咖啡因在100℃时失去结晶水，并开始升华，在178℃可迅速升华为针状晶体。它是一种温和的兴奋剂，具有刺激心脏、兴奋中枢神经和利尿等作用。

　　茶叶中含有1%~5%的咖啡因，此外，还含有大约11%~12%的丹宁酸（鞣酸）和0.6%的色素、纤维素以及蛋白质等，其中丹宁酸也易溶于水和乙醇。因此，用水提取时，丹宁酸即混溶于茶汁中。为了除去丹宁酸，可以加碱，使丹宁酸成盐而与咖啡因分离。本实验采用索氏提取器，以95%乙醇为溶剂提取富集，再经浓缩、升华得咖啡因。

　　三、仪器与试剂

　　1.仪器

　　索氏提取器、水浴锅、电热套、蒸馏装置、表面皿、三角漏斗、砂浴、电炉。

　　2.试剂

　　干茶叶、生石灰、95%乙醇、滤纸、脱脂棉。

　　四、实验步骤

　　1．仪器装置

　　索氏提取器是由烧瓶、提取筒和回流冷凝管三部分组成。装置见第一章图122。

　　索氏提取器是利用溶剂的回流及虹吸原理，使固体物质每次都被纯的溶剂所萃取，因而效率很高。萃取前，应先将固体物质研细，以增加浸润面积，然后将研细的固体物质装入滤纸套筒内，再置于提取筒中，烧瓶内盛放溶剂，并与提取筒（磨口）相连，提取筒上端接冷凝管。溶剂受热沸腾，其蒸气沿提取筒侧管上升至冷凝管处，冷凝为**，滴入提取筒内的滤纸套筒中，并浸泡筒中样品。当液面超过虹吸管最高处时，虹吸流回烧瓶，从而萃取出溶于溶剂中的部分物质。如此多次循环，把要提取的物质富集于烧瓶内。提取液经过常压（或减压）浓缩除去溶剂后，即得产物。

　　2．提取

　　称取干茶叶10g，研碎后装入折叠好的滤纸套筒内[1]，并将其放入索氏提取筒内，茶叶的高度不应超过虹吸管顶端，也不能让茶叶漏出滤纸套筒外，并将滤纸套筒上面折成凹面，以保证回流的溶剂能均匀浸润茶叶。在烧瓶内加入120mL95%乙醇[2]，2~3粒沸石，用电热套加热，连续提取到提取液颜色很浅时为止，待冷凝液刚刚虹吸下去时，立即停止加热。

　　稍冷后，改装成蒸馏装置，回收大部分乙醇，然后将残留液倒入蒸发皿中，加入4g研细的生石灰[3]，搅拌成糊状，在蒸气浴上蒸发至干，蒸发过程中不断搅拌，压碎块状物使之成粉状，再用酒精灯焰隔石棉网小火焙炒片刻，除去全部水分[4]，冷却后，擦去沾在边上的粉末，以免升华时污染产物。

　　将一张刺有许多小孔的圆形滤纸盖在装有粗咖啡因的蒸发皿上，取一只大小合适的玻璃漏斗罩于其上，漏斗颈部疏松地塞一小团棉花[5]。用砂浴小心地将蒸发皿加热，逐渐升高温度，使咖啡因升华[6]。当滤纸上出现白色针状晶体时，需适当控制火焰，尽可能使升华速度放慢，以提高结晶的纯度，当发现有棕色烟雾时，即可停止加热，冷至100℃左右，揭开漏斗和滤纸，仔细地用小刀把附着于滤纸上下两面及器皿周围的咖啡因刮下。将蒸发皿内的残渣加以搅拌，重新放好滤纸和漏斗，用较大的火焰再加热升华一次。此时，火亦不能太大，否则蒸发皿内大量冒烟，产品既受污染又遭损失。合并两次升华所收集的咖啡因，称量，计算茶叶中咖啡因的提取率并测定熔点。

　　无水咖啡因的熔点为235~236℃。

　　本实验约需8h。【注释】

　　[1]滤纸套筒大小要适中，既要紧贴提取筒壁，又要方便取放，其高度不得超过虹吸管。

　　[2]乙醇适宜的量，也可根据从回流管上口加入乙醇至发生虹吸后再多加10～20mL来确定。

　　[3]生石灰起中和作用，以除去丹宁等酸性物质。

　　[4]如留有少量水分，则升华时会在漏斗内出现水珠。若遇此情况，应迅速用滤纸擦干漏斗内的水珠并继续升华。

　　[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落入蒸发皿中，纸上的小孔使蒸气通过。漏斗颈塞棉花，以防止咖啡因蒸气逸出。

　　[6]在萃取回流充分的情况下，升华操作的好坏是实验成败的关键，在升华过程中必须严格控制加热温度，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，使产品不纯。

　　五、思考题

　　（1）索氏提取器的萃取原理是什么？它与一般的浸泡萃取比较，有哪些优点？

　　（2）本实验进行升华操作时，应注意什么？

　　实验47橙皮中柠檬烯的提取

　　一、实验目的

　　（1）了解橙皮中提取柠檬烯的原理和方法。

　　（2）复习和巩固水蒸气蒸馏的基本原理及操作。

　　二、实验原理

　　工业上常用水蒸气蒸馏的方法从植物组织中获取挥发性成分。这些挥发性成分的混合物统称精油，大都具有令人愉快的香味，其主要成分为单萜类化合物。

　　柠檬烯是多种水果（主要为柑橘类）、蔬菜及香料中存在的天然成分，在柑橘类水果（特别是其果皮）、香料和草药的精油中含量较高。柠檬、橙子和柚子等水果果皮通过水蒸气蒸馏得到的精油，其主要成分（90％以上）是柠檬烯。柠檬烯又称苎烯，是一种环状单萜类化合物。柠檬烯分子中有一手性碳原子，故存在光学异构体，存在于水果果皮中的天然柠檬烯通常是右旋柠檬烯。

　　柠檬烯可促进消化液的分泌，用于治疗消化不良，排除肠内积气等；它还具有利胆、溶石、消炎、止痛等功效，适用于胆囊炎、胆管炎、胆结石、胆道术后综合征。

　　三、仪器与试剂

　　1.仪器

　　水蒸气蒸馏装置、普通蒸馏装置、三颈圆底烧瓶（250mL）、锥形瓶（50mL）、圆底烧瓶（50mL）、分液漏斗（125mL）、量筒（50mL）、循环真空水泵。

　　2.试剂

　　新鲜橙子皮、二氯甲烷、无水硫酸钠。

　　四、实验操作

　　将2~3个橙子皮剪成极小的碎片[1]，放入250mL三颈瓶中，加入约30mL水，进行水蒸气蒸馏（见第一章图120）。待馏出液达60~70mL时即可停止。这时可观察到馏出液水面上浮着一层薄薄的油层。将馏出液倒入125mL分液漏斗中，用二氯甲烷萃取3次，每次10mL。将萃取液合并于50mL锥形瓶中，用无水硫酸钠干燥。

　　将干燥液滤入50mL圆底烧瓶中，蒸去二氯甲烷，待二氯甲烷基本蒸完后，再用水泵减压蒸馏，除去残余的二氯甲烷，瓶中留下少量橙黄色**即为橙油。称量，计算提取率。测定折光率和比旋光度[2]。

　　纯柠檬烯的沸点176℃，折光率n20D1.4727，比旋光度［α］20D+125.6°。

　　本实验约需4h。【注释】

　　[1]橙皮要新鲜。如果没有，干的亦可，但效果较差。

　　[2]测定旋光度时，需要将几个学生收集的橙油合并起来，并用95%乙醇配成5%的溶液，进行测定。

　　五、思考题

　　（1）能进行水蒸气蒸馏的物质必须具备哪几个条件？

　　（2）橙皮为什么要剪成细小碎片？

　　（3）还可以用什么方法确定精油的主要成分和含量？

　　实验48中药槐花米中芦丁的提取和鉴定

　　一、实验目的

　　（1）通过槐花米中提取芦丁（芸香苷），掌握简单回流提取法。

　　（2）了解减压蒸馏的原理及应用，掌握旋转蒸发仪的使用方法。

　　槐花米简介（3）掌握黄酮类结构和酚羟基结构的鉴定方法。

　　二、实验原理

　　1.芦丁简介

　　芦丁(C27H30O16，分子量610.52)又名芸香苷，是由槲皮素3位上的羟基与芸香糖（由葡萄糖与鼠李糖组成的双糖）脱水合成的苷，是一种浅黄色针状结晶有机化合物。现已发现含芦丁的植物约有70余种，如烟叶、槐花米、荞麦叶、蒲公英中均含有大量的芦丁。尤以槐花米和荞麦叶中含量最高，可作为提取芦丁的原料，使用最多的是槐花米。芦丁属维生素类药，可降低毛细血管前壁的脆性和调节渗透性用，保持及恢复毛细血管的正常弹性。临**常将其用作毛细血管脆性引起的出血症以及防治高血压病的辅助治疗药物。

　　芦丁的化学名称为槲皮素3O葡萄糖O鼠李糖，结构式如右图所示。芦丁可被稀酸水解生成槲皮素、葡萄糖和鼠李糖，反应式如下：H+水解槲皮素+鼠李糖+葡萄糖芦丁属于黄酮苷，能发生黄酮类化合物的特征反应，与浓盐酸、镁粉作用可产生红色物质，同时，其分子结构中具有较多的酚羟基，能与FeCl3反应，其溶液呈茶褐色。

　　芦丁分子中含有酚羟基，显弱酸性，可溶于稀碱液中。因此，在酸液中沉淀析出，可采用碱溶解酸沉淀的方法，从槐花米中提取芦丁。利用芦丁易溶于热水和热乙醇，较难溶于冷水和冷乙醇的性质，应用重结晶方法进行精制。具体操作中往往要加入适量的硼酸盐，来保护芦丁结构中邻二酚羟基，可得到纯净的芦丁晶体。本实验用70%乙醇提取中药槐花米中的芦丁。

　　2.简单回流提取操作

　　采用简单回流装置（第一章图15），回流速度1~2滴/秒。加热方式根据瓶内**沸腾温度可选用水浴、油浴或电热套。烧瓶内应加入沸石，防止暴沸。

　　3.减压浓缩

　　减压蒸馏的原理、装置、操作方法及应用见教材第二章。旋转蒸发仪的组成和操作方法见教材第一章有机化学实验常用的仪器设备。

　　三、仪器与试剂

　　1.仪器

　　圆底烧瓶（150mL）、量筒（100mL）、球形冷凝管、电热套或水浴锅、玻璃漏斗、布氏漏斗、吸滤瓶、旋转蒸发仪、循环水真空泵。

　　2.试剂

　　70%乙醇、槐花米、浓盐酸、镁粉、1%FeCl3溶液。

　　四、实验步骤

　　称取槐花米10g置于150mL圆底烧瓶中，加入90mL70%乙醇，加热回流30min。将烧瓶内提取液趁热过滤，用烧杯收集滤液，冷却，进行后续实验。

　　取提取液1mL，加入少许镁粉，再加入3~4滴浓盐酸，振摇（混匀），观察溶液颜色变化[1]。

　　取提取液5滴，加水稀释成1mL，加入1~2滴1%FeCl3，振摇（混匀），观察溶液颜色[2]。

　　采用旋转蒸发仪，将烧瓶内剩余的提取液进行减压浓缩，回收乙醇。当浓缩至无乙醇味时，停止旋转蒸发。冷却后，将烧瓶内产物进行减压过滤，并用少量蒸馏水洗涤沉淀1~2次，抽干，得到黄色的芦丁晶体。

　　本实验约3h。【注释】

　　[1]芦丁含有黄酮类结构，黄酮类化合物与浓盐酸和镁粉作用，产生红色物质。

　　[2]芦丁含有酚羟基结构，酚羟基与FeCl3发生显色反应。一般认为是二者在溶液中生成配合离子的缘故。

　　五、思考题

　　（1）本实验从槐花米中提取芦丁采用了哪种方法？在提取过程中，应注意哪些问题？

　　（2）简述黄酮结构和酚羟基结构的有机实验检验方法。