咖啡因课程设计任务书.doc

生命科学与工程学院 天然药物化学课程设计 天然药物化学设计试验开题报告题目：咖啡因的提取分离与结构鉴定学 生： 学 号： 院 （系）： 生命科学与工程学院 专 业： 药物制剂 指导教师： 2011年12月27日天然药物化学课程实验任务书一、 题目：咖啡因的提取分离与结构鉴定二、 实验任务1. 查阅文献资料并写出所选药材化学研究进展的文献综述2. 设计实验方案并进行可行性分析（方案应包括目的意义，设计原理、流程、实验方法、时间安排、需要的仪器与试剂）3. 对实验材料进行性状、显微和理化鉴定2. 完成咖啡因单体化合物的分离及结构鉴定，鉴定数据应包括熔点、旋光度、紫外图谱、红外光谱4. 对所得数据进行分析5. 完成实验报告并提交少量咖啡因样品。三、实验要求1. 实验中要求学生不完全依赖现成条件，能在教师指导下自己创造一些条件完成实验。2. 实验方法力求创新。3. 目的物的纯度要求用薄层层析法和熔点的测定数据说明；4. 结构要求用紫外、红外及用薄层层析法的相关数据说明；5. 本题目要求2-3名学生配合完成二、 实验报告内容1. 题目2. 实验目的3. 基本原理4. 实验所用试剂、仪器的型号及生产厂家5. 分离方法创新之处6. 自制或创造了那些实验条件条件7. 实验流程及操作方法8. 结果与分析9. 结论10. 在所完成实验的基础上提出一个新的研究课题11. 合理化建议咖啡因的提取分离与结构鉴定一、文献综述 1、成分来源：是从茶叶中提炼出来的一种黄嘌呤生物碱。 咖啡因含量：普洱茶红茶绿茶结构及化学成分： 咖啡因 1,3，7-三甲基-3,7-二氢-1h-嘌呤-2,6-二酮 中文名称 咖啡因 分 子 式 c8h10n4o2 分 子 量 mw194.19 熔 点 234.5 理化性质 易溶于热h2o，chci3，c2h5oh等，含结晶水的咖啡因系无色针状结晶，味苦，在100时即失去结晶水，并开始升华，120时升华显著，178时升华很快，呈弱碱性。药理作用：咖啡因适度地使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。但是，大剂量或长期使用也会对人体造成损害，特别是它也有成瘾性，一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状，虽然其成瘾性较弱，戒断症状也不十分严重。但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时，咖啡因就不仅作用于大脑皮层，还能直接兴奋延髓，引起阵发性惊厥和骨骼震颤，损害肝、胃、肾等重要内脏器官，甚至导致吸食者下一代智能低下，肢体畸形，因此被列入受国家管制的精神药品范围。 2、药材介绍 茶叶中的有机化合物主要有蛋白质、脂质、碳水化合物、氨基酸、生物碱、茶多酚、有机酸、色素、香气成分、维生素、皂苷、甾醇等。 茶叶中含有多种生物碱，其中以咖啡因为主，占15%；丹宁酸占1112% ；色素、纤维素和蛋白质待约占0.6%；1.54% 的游离氨基酸；2530% 的碳水化合物（ 茶叶几乎是在发芽的同时，就已开始形成咖啡因，从发芽到第一次采摘时，所采下的第一片和第二片叶子所含咖啡因的量最高；相对地，发芽较晚的叶子，咖啡因的含量也会依序减少） 生物碱 茶叶中的生物碱，主要有咖啡碱（也叫做茶素）、茶叶碱、可可碱、胆碱、腺嘌呤等，其中咖啡碱含量较多，其他含量都微。咖啡碱能兴奋衰竭的呼吸中枢和血管中运动中枢，是苏醒药物；还能兴奋精神，对抗抑郁，又是抗抑郁药物。咖啡碱还能提醒、强心、消除疲劳等。 由于咖啡碱对大脑皮质的兴奋作用是加强兴奋过程，而不是减弱抑制过程，因此，浓茶可以解除酒醉、抵抗酒精、咖啡等药物的麻醉和毒害。 咖啡碱也是心血管系统的重要药物。茶叶碱增强心脏的作用约三倍于咖啡碱，由于它对循环有利的作用，可治疗急性心力衰竭。此外茶叶碱还可解除支气管痉挛，还具有明显的利尿作用。2、 实验部分 1、总碱的提取： （1）原理：利用萃取原理，化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中，从而使得物质得到分离。 （2）步骤：称取300g 茶叶置于2000ml 圆底烧瓶中, 加750ml95%乙醇和水(体积比4：1) 的混合溶剂, 搅拌使溶剂完全浸润茶叶, 放置浸泡2小时, 然后置于超声清洗仪中, 上接回流冷凝管, 设定超声功率450w 辐射浸提60m in。 过滤得到残渣，将残渣再置于2000ml 圆底烧瓶中，加750ml95%乙醇和水(体积比4：1) 的混合溶剂,再按上述方法继续操作两次得到滤液。将三次滤液冷却减压抽滤分离残渣得总提取物, 减压蒸馏浓缩, 将浓缩液置于烧杯中维持此温度，量取约15ml趁热倾入蒸发皿中, 加入7g cao 中和单宁酸, 在可调电炉上炒浓缩浸提液成土褐色粉末状,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团棉花。用电热套小心加热蒸发皿, 慢慢升高温度, 使咖啡因升华。咖啡因通过滤纸孔遇到漏斗内壁凝为固体, 附着于漏斗内壁和滤纸上。当纸上出现白色针 状晶体时, 暂停加热, 冷至 100 左右, 揭开漏斗和滤纸, 仔细用小刀把附着于滤纸及漏斗壁上的咖啡因刮入表面皿中。将蒸发皿内的残渣加以搅拌, 重新放好滤纸和漏斗, 用较高的温度再加热升华一次。此时 ,温度也不宜太高, 否则蒸发皿内大量冒烟, 产品既受污染又遭损失，合并多次升华所收集的咖啡因。按此方法操作多次直至用完所有浓缩液，收集所有的咖啡因。升华装置 毛刺面向上，将其置于左装置中流程图如下： 茶叶粗粉（300g） 750ml95乙醇超声3次 提取液 浓缩 浓缩液 每次约15ml浓缩液加7g cao 升华 咖啡因3、 定性鉴别 1、沉淀反应： 本品的饱和水溶液遇碘试液及稀盐酸反应，生成红棕色沉淀，在加过量的氢氧化钠试液，沉淀又复溶解。反应原理：c8h10n4o2 2i2 ki hcl c8h10n4o2hi2i2 kcl (红棕色)c8h10n4o2hi2i2 naoh c8h10n4o2 2i2 nai h2o 2、颜色反应：咖啡因与盐酸、氯酸钾在水浴上加热蒸干，所的残渣遇氨即生成紫色的四甲基紫脲酸铵，再加氢氧化钠，紫色消失。此反应为紫脲酸铵反应，是黄嘌呤类生物碱的特征鉴别反应。3、 薄层色谱： 吸附剂：gf254硅胶 样品：1）咖啡因 2）茶碱展开剂：乙酸乙酯氨水(v乙酸乙酯v氨水=964) 其rf值为咖啡因0.46，茶碱0.16在紫外灯下观察斑点，并计算rf值4、 纯度测试及结构鉴定 熔点数据：测定实验所得样品熔点1、红外法进行鉴定：将实验 中所得白色晶体经过2次升华提纯, 得白色绒状晶体, 溴化钾压片, 用红外分光光度计分别对咖啡因标准品和咖啡因提纯物的红外光谱图进行比较, 结果发现: 作者制得的样品红外吸收与咖啡因标准品的红外吸收完全一致,2 954 cm- 1处为ch3 的c) h 伸缩振动, 1 430 cm- 1、3 110 cm- 1 处为n ) ch3 上c) h 弯曲振动, 1 664cm- 1、1 702 cm- 1处为 c o伸缩振动, 1 280 cm- 1处为c ) n 伸缩振动, 可以断定茶叶中提取物为咖啡因。 2、hplc法进行鉴定： 待液相色谱仪基线稳定后，分别注入实验所得咖啡因溶液10ul，重复2次，要求2次所得的咖啡因色谱峰面积基本一致，否则继续进样，直到每次进样色谱峰面积重复，记下峰面积和保留时间，与标准图谱进行比较。5、 含量测定 1 标准曲线的绘制: 精确称取咖啡因标准品2. 5 mg, 用25 ml 氯仿定容制成标准储备液, 用氯仿把标准储备液配制成质量浓度为5 mgl- 1, 10 mgl- 1, 15 mgl- 1,20 mgl- 1, 25 mgl- 1, 30 mgl- 1,的标准使用液, 于最大吸收波长276. 5 nm下测得吸光度a 值, 以咖啡因浓度为x, 吸光值为y作出标准曲线, 2 咖啡因的含量测定: 准确称取提取物咖啡因2. 5 mg, 置于25ml 容量瓶中, 用氯仿溶解到刻度, 吸取2 ml 置于10 ml 容量瓶中, 氯仿稀释至刻度, 配成质量浓度为0. 020 g/ l 的溶液, 以氯仿为空白, 用紫外分光光度仪在276. 5 nm处测定其吸收值, 从标准曲线上得出咖啡因的含量。（e1%1cm=）六、预算预计药材用量：茶叶中咖啡因占15%，所以要得到3g产品，大约需要300g的药材粗粉。但实验中会有损失，因此需要500g药材粗粉。 （1）预算表：仪器序号名称规格数量序号名称规格数量1超声仪450w1台9烧杯500ml100ml2个1个2圆底烧瓶2000ml2个10薄层色谱装置1套3漏斗1个11蒸发皿多个4减压蒸馏装置2000ml1套12玻璃棒2根5抽滤装置1套13沸石少许6玻璃板4个14滤纸7量筒100ml1个15表面皿1个8电炉 100ml1台电热套1个表2-1 实验仪器试剂序号名称单位数量序号名称单位数量195%乙醇瓶58gf254硅胶2乙酸乙酯ml109氢氧化钠少量3氨水 ml110氯酸钾少量4咖啡因标准品 mg2.51