Extraction caféine

[Can_diice]

Bonjour

 

J'ai un TP concernant l'extraction de la caféine à préparer. Je me sers du protocole en pièce jointe. Mais je n'arrive pas à comprendre pourquoi il faut ajouter de l'acide sulfurique pour ensuite l'évaporer. Quelqu'un pourrait-il m'expliquer ?

 

Merci !

extraction caféine soxhlet.pdf

[Barbidoux]

Selon moi, l'acide sulfurique à pour role de neutraliser l'excès de magnésie ajoutée pour précipiter les tanins. Il n'est pas éliminé par évaporation.

 

[Can_diice]

Oui c'est possible, mais pourquoi faut-il réduire le volume de moitié en faisant bouillir alors ?

[Barbidoux]

Probablement pour augmenter la concentration en caféine et se mettre dans des conditions plus favorable de partage lors de l'extraction par le dichlorométhane

[Can_diice]

Merci ! Et sauriez vous me dire pourquoi 13g de MgO précisément faut-il ajouter ?

[Barbidoux]

Cela est lié au conditions expérimentales, dans le document joint il est indiqué "Laisser la solution d'extrait de refroidir avant de l'ajouter à 10% (p / v) d'une solution aqueuse d'oxyde de magnésium"  ce qui fait 10 g de MgO pour 100 mL d'eau ce qui ferait 13 g si l'on ajoute 130 mL d'eau

[Can_diice]

Merci, mais pourquoi cette quantité justement, et ni plus ni moins ?

Pourriez vous m'indiquer quelle réaction a lieu entre les tanins et MgO, de façon à former des sels insolubles ?

Pour la neutralisation de l'excès de MgO par H2SO4, j'ai cette réaction, est-ce correct : MgO + H2SO4 -> MgSO4 + H20
Ainsi, l'excès de MgO devient un sel, soluble dans l'eau, que l'on élimine en évaporant l'eau ?

[Barbidoux]

pourquoi cette quantité justement, et ni plus ni moins ?
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Difficile à dire, le protocole expérimental de l'article est un "recette" donnée sans justificatifs.... il faudrait lire toute la bibliographie citée en référence pour peut être avoir une idée…. C'est un produit mis en excès dont on va neutraliser ce qui n'a pas réagit ensuite…. Je pense que la quantité n'est pas une donné  primordiale… on en ajoute suffisamment...
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Pourriez vous m'indiquer quelle réaction a lieu entre les tanins et MgO, de façon à former des sels insolubles ?
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MgO dissous dans l'eau donne une solution d'hydroxyde de magnésium
MgO(s)+H2O ---> Mg^(2+)+2*OH^(-)
dont les OH^(-) servent probablement à la précipitation d'hydroxydes insolubles
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Pour la neutralisation de l'excès de MgO par H2SO4, j'ai cette réaction, est-ce correct : MgO + H2SO4 -> MgSO4 + H20 -------------
Non c'et simplement un variation de pH selon :
OH^(-)+(H+)->H2O
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Ainsi, l'excès de MgO devient un sel, soluble dans l'eau, que l'on élimine en évaporant l'eau ?
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Non en évaporant l'eau on évapore l'eau pas ce qu'elle contient….

 

[Can_diice]

Merci pour votre réponse. Dans ce cas, il y a quelques points que je n'ai pas compris !

Avec quoi les OH- formés par la dissolution de MgO vont-ils réagir ? Avec les tannins ? Mais de quelle façon ?

 

Pour la neutralisation de l'excès de MgO par H2SO4, je ne comprends pas à quoi cela sert de faire varier le pH.

 

En ce qui concerne le NaOH, je pense qu'il y aura réaction avec les phénols des tannins, qui se transformeront alors en sels qui vont passer en phase aqueuse, est ce correct ?

 

Merci d'avance

[Barbidoux]

il y a 5 minutes, Can_diice a dit :

Merci pour votre réponse. Dans ce cas, il y a quelques points que je n'ai pas compris !

Avec quoi les OH- formés par la dissolution de MgO vont-ils réagir ? Avec les tannins ? Mais de quelle façon ?

Il semblerait que les tannins donnent des sel insolubles dans l'eau en milieu basique ce qui permettra de les éliminer par filtration

Pour la neutralisation de l'excès de MgO par H2SO4, je ne comprends pas à quoi cela sert de faire varier le pH.

Je pense que cela doit joueur sur la solubilité différentielle de certains composés le but étant de ne récupérer que a cafeine dans un solvant en fin d'opération. L'article donne une recette sans expliquer le pourquoi des choses et il est bien difficile de justifier correctement les differentes manipulations...

 

[Can_diice]

Donc au final, MgO permet de rendre le milieu basique et donc les tannins se transforment en sel insoluble ?

 

 

[Barbidoux]

C'est ce qui est dits dans la "recette"  (this causes tannins to form water-insoluble salts)

[Can_diice]

Est ce que si je simplifie le protocole ainsi, j'obtiendrais bien la caféine, tout en ayant supprimé les tannins (peut-être avec un rendement moins important que le protocole proposé au départ)

- Déposer 10g de café dans le réservoir du Soxhlet
- Dans un ballon de 250 mL introduire 150 mL d'éthanol
- Porter à reflux jusqu'à avoir 10 cycles
- Laisser refroidir
- Evaporer l'éthanol au rotavapeur
- Récupérer le résidu avec du dichlorométhane
-Laver avec NaOH (ainsi les tannins deviennent des sels qui passent en phase aqueuse)
-Récupérer la phase orga
- Sécher sur MgSO4 et filtrer (est-ce utile ?)
-Evaporer DCM
-Purifier la caféine par sublimation

 

Merci !

 

[Barbidoux]

Je n'en sais mais la protocole à appliquer n'est pas bien plus compliqué que ce que tu veux mettre en oeuvre...

Ecrasez une quantité de grains de café ou de café instantané (feuilles de thé substitut, feuilles de maté, etc., selon le cas) à une poudre fine en utilisant un mortier et un pilon. Peser sur environ 10 g de poudre dans une extraction Soxhlet, et placer dans l'extracteur. Effectuez ce qui suit sous hotte.

Utilisez un ballon à fond rond de 250 mL comme un réservoir, et ajouter à cette 100 ml d'éthanol et quelques billes anti-projection. Utilisation un manteau chauffant au reflux le mélange pendant 1,5 à 2 h.
Laisser la solution d'extrait de refroidir avant de l'ajouter à 10% (p / v) d'une solution aqueuse d'oxyde de magnésium (ce qui provoque des tanins pour former des sels insolubles dans l'eau). Evaporer l'éthanol à l'aide d'un bain de vapeur jusqu'à une masse pâteuse brune soit obtenue. Ajouter environ 125 ml d'eau distillée, puis faire bouillir ce mélange sur un bain de vapeur pendant 30 min. Filtrer à travers un cône de papier filtre grossier (par exemple, Whatman n ° 1). Ajouter 10 ml de solution d'acide sulfurique 0,1 M au filtrat et faire bouillir jusqu'à ce que le volume soit réduit de moitié. Laisser refroidir.

Transférer dans un ballon de séparation et ajouter 12 ml de dichlorométhane. Après agitation, enlever la couche jaune et répéter la procédure deux fois avec des volumes frais de dichlorométhane. Ajouter 8 ml d'une solution 0,1 M d'hydroxyde de potassium. Cela devrait être suffisant pour enlever la couleur jaune, mais ajouter plus si nécessaire. Enlever la couche organique et laver la couche de solution de base à deux reprises avec des volumes de 5 ml de dichlorométhane. Ajouter ces volumes aux extraits précédents. Dans un bêcher taré, évaporer les extraits sur un bain de vapeur . Finalement, un précipité cristallin blanc doit être obtenu. Recristalliser dans l'éthanol. Vérifier le point des cristaux séchés de fusion. La caféine a un point de fusion dans l'intervalle 234-239 ° C, et le rendement prévu, selon le café est approximativement 2%.

 

[Can_diice]

Non pas que ce soit plus compliqué, mais je dois préparer ce TP pour des étudiants, et au niveau pédagogique il me semble plus judicieux de ne pas ajouter les étapes avec le MgO et H2SO4 sachant que ce sont des étapes que l'on a du mal à expliquer !

[Barbidoux]

Il est rare que l'on introduise dans une recette chimique des étapes inutiles.... Je pense que la partie :

"Laisser la solution d'extrait de refroidir avant de l'ajouter à 10% (p / v) d'une solution aqueuse d'oxyde de magnésium (ce qui provoque des tanins pour former des sels insolubles dans l'eau). Evaporer l'éthanol à l'aide d'un bain de vapeur jusqu'à une masse pâteuse brune soit obtenue. Ajouter environ 125 ml d'eau distillée, puis faire bouillir ce mélange sur un bain de vapeur pendant 30 min. Filtrer à travers un cône de papier filtre grossier (par exemple, Whatman n ° 1). Ajouter 10 ml de solution d'acide sulfurique 0,1 M au filtrat et faire bouillir jusqu'à ce que le volume soit réduit de moitié. Laisser refroidir. "

qui consiste à précipiter les tannins que l'on retient ensuite par filtaration est indispensable si l'on veut extraire la caféine seule, si on l'omet le risque est d'obtenir une mélange  cafeine+tannins.

[Can_diice]

Je vais passer mes divers essais en GC et comparer avec de la caféine pure !

[Can_diice]

Bonjour

Après passage en GC, je trouve une concentration de 7500 ppm de caféine (solvant : dichlorométhane)

Comment puis je convertir cela pour arriver à la concentration de caféine dans une tasse de café ?

Merci !

[Barbidoux]

Difficile à dire ne sachant pas quelle quantité de café tu as traité au départ, ni le volume du chlorométhane ayant servi à l'extraction. 7500 ppm=7.5*10^(-3) donc m(caféine)=msolvant*7.5*10^(-3). Si l'on suppose que le rendement d'extraction est de 100% alors m(caféine) est la masse de caféine dans la masse de café du départ.

[Can_diice]

J'ai traité 8g de café au départ.

Et pour l'extraction, j'ai fait un Soxhlet avec de l'éthanol. C'est seulement après que j'ai réalisé une extraction liquide liquide avec dichlorométhane + NaOH pour récupérer ma caféine dans la phase orga. J'ai dilué cette phase orga par 100 (100 microlitres dans 10 mL de dichlorométhane) pour la passer en GC

[Barbidoux]

masse de caféine dans les 10 mL de dichorométhane = 7.5*10^(-3)*rho*10=99.75 mg

Il te faut connaître le volume de ta phase organique pour pouvoir calculer la masse de caféine qu'elle contient. Si l'on suppose les rendements d'extraction égaux à 100% cette masse est égale à la masse de caféine contenue dans 8 g de café.

[Can_diice]

D'où vient  83.93*0.01 ?

Ne peut-on pas simplement convertir les 7500 ppm dans le dichlorométhane en ppm dans l'eau grâce aux masses volumiques ?

[Barbidoux]

erreur de valeur de la masse volumique

ppm = partie par million (1 mg /1kg)

7500 ppm dans 10 ml de dichloromethane de masse volumique 1.33 soit 7.5*10^(-3)*1.33*10=99.75 mg de caféine dans 10 mL de dichloromethane mais pour remonter à la quantité de caféine dans la phase organique il faut connaitre son volume....

[Can_diice]

Je ne connais pas le volume de phase organique :/ D'ailleurs ce volume est subjectif puisque je l'obtiens après plusieurs lavages... Est-ce que ça va me permettre de savoir combien il y a de caféine dans mes 8g de café initiaux ?

Si j'ai le volume, quel calcul dois-je faire ?

[Barbidoux]

7500 ppm  cela fait 7.5*10^(-3)*1.33*10=99.75 mg de caféine dans 10 mL de dichloromethane donc dans 100µL de phase organique, cela me semble énorme. La teneur en caféine du café est de l'ordre de 1.2 à 2.5%...