Cafeina

1. Introducción

El té y el café han sido bebidas populares durante siglos, principalmente porque contienen el estimulante cafeína, que acelera la respiración, el latido del corazón, el sistema nervioso central y es diurético. Al mismo tiempo, puede producir nerviosismo e insomnio y, como muchas drogas, puede producir adicción. Este compuesto también se encuentra en el chocolate y se añade a las bebidas de cola. Junto con el alcohol, los calmantes y el tabaco es una de las drogas usadas habitualmente. Una taza de café contiene entre 60 y 100 mg, una de té la mitad, una chocolatina 10 mg y una lata de coca-cola 43 mg.

La cafeína pertenece a una clase de compuestos conocidos como alcaloides, de origen vegetal, que contienen nitrógenos básicos, presentan, a menudo, sabor amargo, y generalmente tienen propiedades fisiológicas. Su estructura es:

2. Fundamento

2.1 Carácter básico de la cafeína

La cafeína no se halla sola en el té, sino que va acompañada de otros productos de los que hay que separarla. Las hojas del té contienen taninos, de caracter ácido, así como un cierto número de pigmentos coloreados de tipo flavona, junto a sus productos de oxidación, responsables del color marrón de sus infusiones, y pequeñas cantidades de clorofilas. La separación de la cafeína se basa en la distinta solubilidad de los componentes del té, tanto en agua como en disolventes orgánicos. Las clorofilas son insolubles en agua. En cambio, la cafeína, los taninos y los derivados de flavona son bastante solubles en agua caliente. Por tanto, la primera operación será la extracción de estos componentes.

Tanto los taninos como los flavonoides tienen carácter ácido. Para asegurar que las sustancias ácidas se desplazan a fase acuosa y que la cafeína se encuentra como base libre, se añade hidróxido sódico, que origina un medio básico.

La cafeína libre puede extraerse de esta fase acuosa con un disolvente orgánico como el diclorometano.

2.2 El proceso de extracción

En esta operación los diferentes componentes de una mezcla se distribuyen entre las fases orgánica y acuosa de acuerdo con sus solubilidades relativas. Por ejemplo, consideremos una mezcla constituida por un compuesto orgánico parcialmente soluble en agua y diferentes sales inorgánicas solubles en agua, con todos los componentes de la mezcla disueltos en la suficiente cantidad de agua para disponer de una disolución homogénea. Para separar y aislar el compuesto orgánico de esta mezcla se dispone la disolución en un embudo de separación o decantación (figura 1), se añade un disolvente orgánico inmiscible con el agua (frecuentemente éter), se tapa el embudo y se agita. La cantidad total del compuesto orgánico presente en la disolución acuosa inicial se repartirá entre la fase etérea y la fase acuosa de acuerdo con las solubilidades relativas de dicho compuesto. Ahora bien, como el compuesto orgánico suele ser mucho más soluble en un disolvente orgánico que en agua, la mayor parte del compuesto orgánico habrá quedado disuelto en la fase etérea y las sales inorgánicas, que no son solubles en éter, permanecerán en la fase acuosa.

Mediante una decantación en el embudo de separación se separan las dos fases, se recoge la fase orgánica y se aísla el compuesto orgánico mediante una eliminación del éter.

El disolvente que se utilice en la extracción debe cumplir los siguientes requisitos:

a) debe disolver fácilmente el (los) compuesto(s) orgánico(s) a extraer.

b) debe tener un punto de ebullición lo más bajo posible para que se pueda eliminar fácilmente durante la destilación.

c) debe ser totalmente inmiscible con el agua.

d) no debe reaccionar con los compuestos orgánicos a extraer.

e) no debe ser inflamable ni tóxico.

f) debe ser relativamente barato.

No hay ningún disolvente universal que cumpla todos estos requisitos. El disolvente más utilizado en la extracción (el éter dietílico o, simplemente, éter) es muy inflamable y es parcialmente miscible con el agua. Por ello se emplean también otros disolventes inmiscibles con el agua, tales como los derivados halogenados (cloroformo, diclorometano, etc.) o los hidrocarburos (éter de petróleo, ligroína, etc.). Los derivados halogenados son más densos que el agua, por lo que después de la extracción habrá que recoger la fase inferior (fase orgánica), y no son inflamables.

2.3. Manejo del embudo de extracción

Antes de comenzar la práctica, el alumno deberá comprobar que el tapón y la llave del embudo de decantación están bien ajustados. El embudo de decantación (figura 1) debe manejarse con ambas manos (figuras 2 y 3a) (una mano debe estar sujetando el tapón, y la llave del embudo se abre y se cierra con la otra mano, manteniendo el embudo ligeramente inclinado hacia arriba). Se invierte el embudo hacia arriba, se abre la llave para eliminar la sobrepresión de su interior; se cierra la llave y se agita suavemente la mezcla durante 5-10 segundos, y se abre de nuevo la llave.

Cuando deje de aumentar la presión interior del embudo, se asegura el tapón, se cierra la llave y se agita enérgicamente durante uno o dos minutos (figuras 3b y 3c). Se invierte el embudo ligeramente hacia arriba, se abre cuidadosamente la llave, se cierra y se apoya el embudo de decantación en un aro metálico, protegido con dos-tres trocitos de goma para evitar roturas. Finalmente, se destapa y se deja en reposo hasta que se observe una separación nítida entre las dos fases. En la parte inferior debe tenerse siempre dispuesto un vaso de precipitados con objeto de poder recoger todo el volumen contenido en el embudo por si éste se rompiese por accidente.

2.4. El problema de las emulsiones

Una emulsión

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