Kofeina

Kofeina jest naturalnym alkaloidem o słabym działaniu psychoaktywnym występującym w ziarnach kawy oraz liściach herbaty. Z wyglądu są to białe kryształy heksagonalne. Uwodniona kofeina otrzymywana z niesuszonych ekstraktów organicznych ma postać cienkich igiełek (monohydrat) lub oleistej, półprzezroczystej masy. Z chemicznego punktu widzenia jest to 1,3,7-trimetyloksantyna lub bardziej systematycznie 1,3,7-trimetylo-3,4,5,7-tetrahydro-1H-puryno-2,6-dion. Inne jej nazwy to m. in. teina, 7-metyloteofilina, 1-metyloteobromina i guaranina. Jako alkaloid tworzy dobrze rozpuszczalne w wodzie sole. W stanie wolnym ma odczyn lekko zasadowy. Zarówno kofeina jak i jej chlorowodorek dobrze rozpuszczają się w wodzie. Wolna kofeina nadzwyczaj dobrze rozpuszcza się w chlorku metylenu, chloroformie i innych niepolarnych rozpuszczalnikach. Ulega odwodnieniu w temperaturze 80°C, topi się w temperaturze 238°C, sublimuje w temperaturze 178°C (pod zmniejszonym ciśnieniem 155-160°C). Sublimacja jest jedną z metod oczyszczania kofeiny.
Kofeina stanowi najbardziej popularną na świecie używkę. Przykładowo herbata pod względem częstości jej picia jest na drugim miejscu wśród wszystkich napojów – po czystej wodzie. Rocznie na świecie spożywa się około 118 ton kofeiny, co daje około 22,7 g na osobę. Kofeina wykazuje działanie pobudzające, odczuwalne już przy dawce rzędu 20 mg. Pobudza ona układ oddechowy, krążenia, ruchowy oraz nerw błędny. Wywołuje obniżenie napięcia mięsni gładkich powodując odprężenie i lepsze samopoczucie. Działa moczopędnie. Polepsza myślenie i koncentrację. Przy dużych dawkach (250-750 mg zależnie od predyspozycji) pojawiają się objawy lekkiego przedawkowania: poczucie zmęczenia, otępienie, mdłości, ból głowy, zwiększone napięcie mięśni, zaburzenia snu, arytmia serca. Dawki powyżej 750 mg powodują dodatkowo dreszcze, wzmożone pragnienie, dzwonienie w uszach, biegunkę, wymioty, zaburzenia widzenia (postrzeganie błysków światła) i utrudnienia oddychania. Skrajne przedawkowanie prowadzi do konwulsji. Spożycie niewielkiej ilości kofeiny 0,5-1 h przed snem powoduje trudności w zasypianiu, płytki sen i obniża jakość snu. Kofeina nie powoduje uzależnienia fizycznego, jednak zaprzestanie przyjmowania regularnych dawek (nawet małych, rzędu 100 mg dziennie) pojawiają się efekty odstawienia, trwające od 2 do 5 dni. Efekty te to m. in. ból głowy, uczucie zmęczenia, obniżona zdolność koncentracji. Objawy te ustają prawie natychmiast po spożyciu nowej dawki.
Ekstrakcja kofeiny z herbaty

Ekstrakcja kofeiny z herbaty jest bardzo prosta. Zaczynamy od przygotowania „trochę mocniejszej herbaty”, tzn. bierzemy całą paczkę herbaty, lub kilka paczek łącznie 100-120 gram.
Bardzo mocna herba

Dodajemy do niej około 25 gram węglanu wapnia CaCO3 lub taką samą ilość węglanu sodu Na2CO3, dodajemy go w celu deprotonowania kofeiny (w herbacie jest związana w sól kwasu taninowego).
Bardzo mocna herbata po dodaniu do niej węglanu wapnia

Dolewamy do roztworu około 500 ml wody. Chcemy otrzymać kofeinę w postaci soli, a konkretnie chlorowodorku, ale dodanie kwasu na tym etapie spowoduje obniżenie wydajności ekstrakcji. Całość gotujemy przez około 1 godzinę (czym dłużej tym lepiej), co jakiś czas mieszając aby nie przypalić.
Gotowanie herbaty

Teraz wszystko studzimy do temperatury pokojowej.
Stygnąca herbata

Dodajemy około 60 ml rozpuszczalnika organicznego i wlewamy całość do większej butelki (fusów nie oddzielamy od reszty, ponieważ w nich jest jeszcze część kofeiny) – butleka powinna być szklana, gdyż chloroform rozpuszcza niektóre tworzywa sztuczne. Pozostawienie fusów w roztworze spowoduje, że nasza kofeina będzie bardziej zanieczyszczona, ale zwiększy plon.
Herbata z chloroformem w plastikowej butli... nie rób tego w domu

Rozpuszczalnikiem organicznym może być chloroform, dichlorometan, oraz każdy rozpuszczalnik organiczny, który się nie miesza z wodą i nie jest zanieczyszczony. Najlepsze efekty daje jednak chlorek metylenu.
Butelka chloroformu

Całość wstrząsamy niezbyt silnie przez około 5 minut (silne wstrząsanie spowoduje utworzenie się trudno rozdzielającej się emulsji) i czekam aż się rozdzieli warstwa rozpuszczalnika od reszty. Teraz całość przelewamy do rozdzielacza i oddzielamy dolną warstwę (rozpuszczalnik organiczny z rozpuszczoną w nim kofeiną) i pozostałość z rozdzielcza znów wylewamy do butelki, dolewamy kolejną porcje rozpuszczalnika organicznego około 60ml i powtarzamy powyższą procedurę. Teraz odparowujemy rozpuszczalnik i mamy chlorowodorek kofeinę. Możemy też zorbić dziurkę w nakrętce od butleki i „wyciskać” ciecz z butleki prosto do rozdzielacza. W rozpuszczalniku po oddzielaniu od górnej warstwy, może znajdować się troche fusów, więc wszystko możemy przelać przez lejek jednocześnie przykrywając go szkiełkiem zegarkowym, aby chloroform nie wyparował.
Kliknij na obrazek, aby powiększyć Kliknij na obrazek, aby powiększyć

Sączenie przez lejek chloroformu:
Aparatura do sączenia Przenoszenie roztworu do lejka Fascynujące... Przesącz - jak widać najczystszy nie jest

A kofeina wygląda następująco…
Kofeina w czystej postaci

Jeśli nie chcemy tracić rozpuszczalnika, to możemy go oddestylować.
Kofeinę otrzymamy w postaci wolnej. Nie będzie jej za dużo ale zawsze coś.

Bezpieczeństwo

Rozpuszczalników organicznych pod żadnym pozorem nie wdychamy, szczególnie chloroformu, gdyż ma on działanie podobne do eteru etylowego. Różnica stężeń we krwi – powodującego narkozę i powodującego śmierć – jest bardzo mała! Rozpuszczalniki odparowujemy na świeżym powietrzu lub pod sprawnym wyciągiem. Przy pracy z chloroformem najlepiej założyć rękawiczki ochronne, podobnie jak przy pracy z innymi rozpuszczalnikami organicznymi. Jeśli wylejesz na siebie taki rozpuszczalnik, natychmiast spłucz go wodą.
Kofeiny nie polecamy spożywać w czystej postaci. Jeśli ktoś chce ją spożywać, musi pamiętać, że rozpuszczalnik organiczny, który używa do ekstrakcji musi być czysty a nie techniczny, zaś kofeina powinna być dokładnie wysuszona.