XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Получение и исследование химических свойств кофеина
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность исследования: Открытие удивительного вещества кофеина было сделано в 1819 году немецким врачом и химиком Ф. Рунге по наставлению Иоганна Вольфганга фон Гете. И. Гете был не только великим поэтом, но и ученым, изучавшим химию, биологию и минералогию. Состав кофеина был полностью определен в 1832 году учеными Пфаффо и Либигом [2].Бусаев А. И, Ефимов И.П. «Словарь химических терминов»- Москва: 1971 г. – С . 10
По своей химической структуре кофеин – это 1,3,7-триметилксантин, кофеин, теин. В чистой форме кофеин имеет форму белого кристаллического порошка с очень горьким вкусом. Принадлежит к группе соединений, являющихся производными алкалоидов, и называются пуринами[3]. Фримантл «Химия в действии» - Москва: 1991 г. – С . 570.
Кофеин - стимулирующее вещество, в природе находится во многих растениях, включая зёрна кофе, листья чая, плоды какао. Все продукты питания из этих растений содержат кофеин [4]. Ужегов Г.Н. «Основные лекарственные растения» - Москва: АСТ 2000 г.-С. 294. В достаточном количестве кофеин находится в листьях чая и зернах кофе. При этом кофеин чая связан с танином, поэтому его действие мягче, чем действие кофеина кофе. В этом есть свой позитив – чай не вызывает зависимости, как это нередко происходит с кофе [1]. Баев А.А., Винберг Г.Г., Заварзин Г.А. и др.- 2-е изд., «Биологический энциклопедический словарь» - Москва: 1989 г. – С.864
Сейчас кофеин широко применяется в медицине в качестве тонизирующего средства при сердечно - сосудистой недостаточности, мигрени. Он входит в состав некоторых лекарств: аскофен, новомигрофен, новоцефальгин, пиромеин, цитрамон.
Кофе, чаи, шоколады люди любят и используют чаще всех. Интерес к удивительному веществу побудил провести простейшие химические опыты, качественные реакции в условиях школьной лаборатории.
Цель исследовательской работы: получение и исследование химических свойств кофеина.
Задачи:
1. Изучить литературные источники по данной теме.
2. Исследовать состав кофе, сортов чая и шоколада.
3. Провести химические эксперименты на содержание и химические свойства кофеина.
4. Провести анализ полученных результатов.
Объект исследования: Саха Чай (Мятное Утро), чай Принцесса Нури, кофе Nescafe Classic, шоколад горький «Бабаевский», цитрамон (как контрольное).
Предмет исследования: содержаниекофеина в кофе, чаях, шоколаде.
Методы исследования: весовой метод, эксперимент, анализ.
Гипотеза: кофе, чаи, шоколады используются на рынках большим спросом у населения. Могут попадаться фальсифицированные продукты. Важно, чтобы продукты имели ГОСТ. Надо знать содержание в них компонентов, обладать простой методикой их обнаружения.
Глава 1. Практическая часть исследования
Получение кофеина из сортов чая и кофе и шоколада
Методику получения кофеина из чая прочитала в книге О. Ольгина «Давайте похимичим!». Кофеин получают путём возгонки с оксидом магния. Это свойство перехода твердого вещества в газообразное состояние при нагревании.
Эксперимент провели на кофе растворимый порошковый «Nescafe», чай чёрный пакетированный «Принцесса Нури» и Саха Чай (Мятное утро) местного производства, шоколад горький «Бабаевский». Провели еще контрольное исследование на содержание кофеина в лекарственном препарате цитрамон (в одной таблетке содержится 0,03 г кофеина).
Исследуемые сухие чаи и порошок кофе имеют следующий состав. Саха Чай (Мятное утро) – сделано в Якутии. В составе есть кипрей узколистый (черный листовой, ферментированный), листья земляники восточной, мята полевая, листья шиповника иглистого, крапива двудомная. В составе чая «Принцесса Нури» входит чай черный байховый. Кофе «Nescafe», в составе есть кофе натуральный растворимый порошкообразный, кофе натуральный жареный молотый. Шоколад горький «Бабаевский» - какао тёртое, сахар, масло какао, какао-порошок, ядро ореха миндаля тёртое, эмульгаторы – лецитин соевый, спирт этиловый ректификованный, коньяк, (спирт коньячный выдержанный, сахарный сироп, краситель сахарный колер, вода питьевая), чай, ароматизаторы.
Эксперимент № 1
Получение кофеина методом возгонки его из цитрамона
Оборудования и вещества: весы лабораторные, чашка Петри, фарфоровые чашки, ступка с пестиком, MgO (оксид магния), спиртовка, таблетка цитрамона.
Ход работы: 2 грамма измельченной таблетки цитрамона поместили в фарфоровую чашку. Прибавили столько же граммов порошка оксида магния. Смешали порошки. На слабом огне спиртовки нагрели смесь. Фарфоровую чашку со смесью закрыли чашкой Петри вверх дном. В присутствии оксида магния кофеин будет возгоняться, то есть превращаться в пар, минуя стадию жидкости. Попадая на холодную поверхность, кофеин вновь вернется в твердое состояние и осядет на дне чашки в виде бесцветных кристаллов.
Результат: на дно чашки Петри появились белые крупинки кофеина.
Эксперимент 2
Получение кофеина методом возгонки из сортов чая, кофе и шоколада
Оборудования и вещества: весы лабораторные, чашка Петри, фарфоровые чашки, ступка с пестиком, MgO (оксид магния), спиртовка. Исследуемые вещества – кофе растворимый порошковый «Nescafe», чай чёрный пакетированный «Принцесса Нури», Саха Чай (Мятное утро) местного производства и шоколад горький «Бабаевский».
Ход работы: взяли по 2 грамма измельченных сортов чая, порошок кофе, шоколад. Поместили в фарфоровых чашках. Прибавили в каждой столько же граммов порошка оксида магния. Смешали смеси и нагрели на слабом огне спиртовки. Фарфоровую чашку со смесями закрыли чашкой Петри вверх дном. Через достаточно долгое время произошло выделение пара из смесей. Пары конденсируются на Чашках Петри.
Шоколад горький «Бабаевский»
Саха Чай (Мятное утро)
Кофе «Nescafe»
Чай «Принцесса Нури»
Результат: на дно чашки Петри в трех образцах появились незначительные желтоватые налеты.
Исследование химических свойств кофеина
Эксперимент 3
Определение кофеина качественными реакциями
Для идентификации кофеина мы использовали качественные реакции с концентрированной азотной кислотой и концентрированным аммиаком.
Опыт 1: Обнаружение кофеина концентрированной азотной кислотойHNO3
Оборудования и вещества: фарфоровая чашка с искомыми веществами экспериментов 1 и 2, концентрированная азотная кислота.
Ход работы: к искомым веществам прилили по 1-3 капли концентрированной азотной кислоты. Нагревали пластинку до тех пор, пока смесь на ней не стала сухой. Кофеин при этом окислился и превратился оранжевого цвета амалиновую кислоту.
Шоколад горький «Бабаевский»
Цитрамон
Саха Чай (Мятное утро)
Чай «Принцесса нури»
Кофе «Nescafe»
Результат: искомые вещества доказывают присутствие кофеина.
Опыт 2: Обнаружение кофеина концентрированным аммиаком
Оборудование и вещества: фарфоровая чашка с искомыми веществами экспериментов 1 и 2, концентрированный аммиак.
Ход работы: к веществам добавили 10 капель концентрированного аммиака (NH3). При нейтрализации должна образоваться соль очень красивого красного, переходящего в пурпурный, цвета. Такая соль носит название мурексида, а реакция – мурексидной.
Шоколад горький «Бабаевский»
Саха Чай (Мятное утро)
Чай «Принцесса нури»
Цитрамон
Кофе «Nescafe»
Результат: При добавлении к образцам концентрированного аммиака образовалось вещество от красного до пурпурного, но моментально приобрело желтоватый оттенок. Искомые вещества доказывают присутствие кофеина.
Заключение
Методом возгонки с оксидом магния и качественными реакциями обнаружили и доказали наличие кофеина в образцах кофе, сортов чая и шоколада.
Визуально отметили, что при нагревании смесей скорость реакции и образование веществ был неодинаковый. При нагревании цитрамона наблюдали быстрое оседание белых кристаллов на дно чашки Петри с белым налетом. Подольше нагрели кофе, еще дольше чаи и шоколад. В них вещество получилось в виде налета светло-коричневого цвета. Подумали, может красители растений дают такую окраску. Идентификация качественными реакциями доказывает, что это был кофеин.
Литература
1. Баев А.А., Винберг Г.Г., Заварзин Г.А. и др.- 2-е изд., «Биологический энциклопедический словарь» - Москва: 1989 г. – С.864.
2. Бусаев А. И, Ефимов И.П. «Словарь химических терминов»- Москва: 1971 г. – С. 10
3. Фримантл «Химия в действии» - Москва: 1991 г. – С . 570.
4. Ужегов Г.Н. «Основные лекарственные растения» - Москва: АСТ 2000 г.-С. 294
5. Ольгин О. «Давайте похимичим» - Москва «Детская литература» 2002 – С. 67-69.
6. Информация https://kofeinfo.ru/kofein/
7. Информация с веб – сайта studbooks.net.