Extração da Cafeína

Introdução

A cafeína é, atualmente, a substância psicoativa mais consumida no mundo. Ela é um alcalóide, ou seja, pertence ao grupo de aminas cíclicas, cujos anéis apresentam nitrogênio como heteroátomo. [1] Sua estrutura está representada na Figura 1.

[pic 1]

Figura 1. Estrutura molecular da Cafeína

Grande parte dos consumidores dessa substância fazem o uso da mesma devido à sua propriedade estimulante, o que pode ser explicado pelo fato de que sua estrutura se assemelha à da adenosina, substância que funciona como inibidora no sistema nervoso central. Por esse motivo, a cafeína se liga ao receptor da adenosina, causando um aumento na atividade cerebral e produção de adrenalina. [2] Estima-se que 200 mg da substância leva cerca de 40 horas para ser completamente metabolizada, sendo que a mesma possui uma meia-vida de 5-6 horas. [3]

Ao contrário do que é pensado, a cafeína não é somente encontrada no café. Calcula-se que a substância esteja presente em torno de 60 espécies de plantas ao redor do mundo, além de em diversos produtos alimentícios como o já citado café, chás, chocolates, bebidas energéticas e refrigerantes, porém em quantidades diferentes, como mostra a Tabela I.

Tabela I. Quantidade de Cafeína em 100 mL de diferentes tipos de bebida [4~4

Existem benefícios ligados ao consumo da cafeína, como a sensação de estar mais alerta, redução em dores e inflamações, além de ser ajudante na prevenção das doenças de Alzheimer e Parkinson. A cafeína ainda é utilizada no tratamento do déficit de atenção (TDAH). Porém também existem malefícios, tais quais insônia, tremedeira, ansiedade e dores de cabeça devido à abstinência da substância, o que ocorre quando a mesma é consumida em excesso. [3]

 Para que a pessoa não se vicie em cafeína, é aconselhável o consumo moderado, que varia de acordo com a idade. Para adultos, o aconselhado é de 300-400 mg por dia. Caso o indivíduo seja uma mulher grávida ou durante o período de amamentação, ela não deve exceder os 300 mg sem consultar um médico. [5] Adolescentes entre 13 e 18 anos podem consumir até 100 mg por dia enquanto que, para crianças com 12 anos ou menos, essa quantidade deve ser o equivalente a 3 mg por quilo. [3] As comidas que contém cafeína normalmente não apresentam grande quantidade da mesma, sendo seguro para o consumo de crianças. [5] A dose letal de cafeína seria em torno de 5 a 10 g, podendo variar de acordo com a estrutura física da pessoa. [2]

Uma alternativa comumente adotada por mulheres grávidas é o consumo de bebidas descafeinadas, ou seja, sem a presença de cafeína. Para tal, é feita a extração da cafeína, um dos métodos mais comuns em âmbito laboratorial que envolve a remoção seletiva do composto desejado de uma amostra. [6] No caso da cafeína, por ser um composto orgânico, a extração é feita com um solvente também orgânico, de preferência apolar para que, quando o mesmo reaja com a água em que a cafeína está dissolvida, sejam formadas duas fases imiscíveis, uma aquosa e a outra orgânica, sendo fácil realizar a extração da cafeína. [7]

Objetivos

O objetivo do experimento era utilizar o método de extração para separar a cafeína presente no chá preto, sendo posteriormente purificada.

Experimental

 Materiais e Reagentes

Os materiais utilizados foram: Rotaevaporador, banho-maria, kitassato, funil de Buchner, funil de filtração, bico de Bunsen,  tela de amianto, tripé, espátula, balança, bastão de vidro, pinça de madeira, tesoura, bomba de vácuo, funil de separação (500ml), suporte com haste e anel para filtração, béquer de 25ml, béquer de 50ml, béquer de 100ml, béquer de 250ml, béquer de 500ml, proveta de 100ml, balão de fundo redondo, termômetro, gelo, placa de petri, aparelho de determinação de ponto de fusão, capilar.

Já os reagentes foram: Chá preto, solução saturada de Na2CO3 (100ml), água destilada, sulfato de cobre anidro, diclorometano.

Procedimento

Colocou-se 300 mL de água destilada em um béquer de 500 mL, aquecendo-o até a ebulição. O mesmo foi retirado da fonte de calor, sendo adicionados a ele 9 saches de chá preto previamente pesados, deixando em infusão por 15 minutos. Em seguida, filtrou-se o chá utilizando a técnica de filtração a vácuo e adicionou-se 100 mL de solução saturada de carbonato de sódio. Esperou-se esfriar a solução até a temperatura ambiente. A solução foi para um funil de separação e a parte orgânica foi extraída 3 vezes com 30 mL de diclorometano, sendo posteriormente coletada em um béquer de 100 mL. Adicionou-se sulfato de sódio anidro, deixando a fase aquosa em repouso por alguns minutos, filtrando-a em um balão de fundo redondo de 250 mL, utilizando o processo de filtração simples. O filtrado passou pela rotaevaporação para que o excesso do solvente fosse retirado. Para que o produto obtido fosse retirado do balão, adicionou-se diclorometano, posteriormente sendo transferido para um béquer de 25 mL. O diclorometano foi evaporado quando o béquer foi levado ao banho-maria, sobrando apenas a cafeína bruta.

Purificação da cafeína bruta( ressublimação): Aqueceu-se o béquer contendo a cafeína bruta, colocando sobre o mesmo uma placa de petri contendo 3 pedras de gelo. Esperou-se a formação de cristais para então retirar a fonte de calor e esperar esfriar. Quando isso ocorreu, a amostra foi coletada com o auxílio de um capilar e seu ponto de fusão foi analisado.

Resultados e Discussão

A massa total de chá preto utilizada para preparar a solução foi 17.681g. A mesma foi adicionada em água previamente aquecida.

Após deixar a solução em repouso e realizada a filtração a vácuo, adicionou-se 100 mL da solução saturada de carbonato de sódio ao filtrado. O carbonato de sódio é adicionado pois a cafeína presente nas folhas do chá encontra-se na forma livre ou combinada com taninos, compostos ácidos que também se dissolvem na água quente. A presença desta mistura de compostos interfere na etapa de extração da cafeína com um solvente orgânico, provocando a formação de uma emulsão difícil de ser tratada. Para amenizar este problema, utiliza-se o carbonato de cálcio, uma base, que formará sais de ácido tanino, aumentando assim o rendimento de cafeína extraída com o solvente orgânico. [8]

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