카페인추출 실험[결과 보고서] 용해도 차이를 이용하여 caffeine을 녹차 잎으로부터 추출

소개글

카페인추출 실험[결과 보고서] 용해도 차이를 이용하여 caffeine을 녹차 잎으로부터 추출에 대한 보고서 자료입니다.

목차

LIST OF CONTENTS

LIST OF CONTENTS Ⅰ

LIST OF TABLES Ⅱ

LIST OF FIGURES Ⅲ

ABSTRACT

1. INTRODUCTION
1.1 실험목적
1.2 실험이론
1.3 실험물리상수
1.4 실험주의사항

2. EXPERIMENTAL
2.1 기구 및 시약
2.2 실험절차

3. RESULTS
3.1 Raw data
3.2 Results

4. DISCUSSION

5. REFERENCE

본문내용

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카페인은 Alkaloid 화합물로 광택이 나는 무색, 무취의 흰색 바늘모양 결정이며 뜨거운 물과 알코올에 녹으며 쓴 맛이 있다. 또한 카페인은 정신 흥분제이며, 이뇨제로도 사용된다.
1.2.4 에멀젼(emulsion)
두 액체를 혼합할 때 한 쪽 액체가 미세한 입자로 되어 다른 액체 속에 분산해 있는 것이다. 물과 기름처럼 서로 용해하지 않는 두 액체를 흔들어서 섞으면 에멀젼이 되지만 이것은 일반적으로 불안정하여 방치해두면 다시 두 액상으로 갈라지는 경우가 많다.
1.2.5 CaCO3의 역할
탄산칼슘은 불순물을 제거하는 역할을 한다. 녹차 속에 포함된 유기산과 같은 불순물을 염기성인 CaCO3으로 중화시켜 물에 잘 녹는 염으로 만들어서 제거함으로써 추출 시 불순물이 포함되는 것을 막는다.
1.2.5 Na2SO4의 역할
Na2SO4는 건조제의 역할을 한다. 추출 후 유기용매 층에 남아있는 소량의 수분을 제거한다.
1.3 실험물리상수
1.4 실험주의사항
기체의 압력을 제거하기 위해 추출과 세척 도중에 분액깔때기의 stopcock를 때때로 열어준다.
녹차 성분을 우려낼 때 spatula로 눌러 충분히 우려낸다.
에멀젼이 너무 많이 생기지 않도록 너무 세게 분별깔때기를 흔들지 않는다.
유기층을 추출할 때 에멀젼이 빠져나오지 않도록 주의한다.
2. EXPERIMENTAL
2.1 기구 및 시약
기구 : 100ml 비커, hot plate, 강압플라스크, 일구플라스크, 분별깔때기, 깔때기, 거름종이, Aspirator, 유리막대, spatula, 감압장치, glass filter, 삼각플라스크, 회전증발기, 반응용기
시약 : 녹차 tea bag 4개, CaCO3, CH2Cl2, NaCl, Na2SO4, 증류수
2.2 실험절차
100ml 비커에 CaCO3 0.4g과 증류수 60ml를 넣고, 녹차 tea bag 4개를 hot plate에서 10분정도 우려냈다. 이 대 녹차 tea bag이 모두 잠기도록 했다. spatula로 누르며 우려낸 성분을 잘 짜낸 후 약간 식혔다. 그 다음 glass filter에 거름종이를 놓고 감압장치를 이용해 위에서 얻은 용액을 걸러냈다. 거른 용액을 분별깔때기에 넣고, CH2Cl2 용액을 반응용기에 각각 10ml, 10ml, 5ml 넣어 준비했다. 분별깔때기에 준비된 CH2Cl2 용액 10ml를 넣고, 두 번 흔든 다음 마개를 열어 기체를 빼내고, 다시 5번 흔든 다음 마개를 열어 기체를 빼내었다. 이 과정을 기체가 빠져나오지 않을 때까지 하였다. 그 다음 마개를 열고 MC층(유기층)을 비커에 담았다. 이 때 MC층 윗부분에는 에멀젼층이 생기게 되는데, 이는 spatula로 휘저어주면서 밑바닥의 기포를 천천히 끌어올리거나, NaCl을 소량 넣어주어 유기층을 넓혔다. 이와 같은 과정을 CH2Cl2 용액 10ml, 5ml에 대해서도 시행하였다. 그 다음 추출로 분리한 유기층을 감각플라스크에 모으고 건조제인 Na2SO4를 3스푼 넣고 잘 흔들어주었다. 이 용액을 깔때기와 거름종이를 이용해 일구플라스크에 걸러내었다. 그리고 일구플라스크에 들어있는 용액을 회전증발기를 이용해 증발시켰다. 정제된 카페인의 색상을 관찰하고 무게를 측정하였다.
3. RESULTS
3.1 Raw data
Table 2. raw data
caffeine 추출
녹차 tea bag에 들어있는 caffeine의 양(g)
0.0432
일구플라스크의 무게(g)
130.385
일구플라스크+추출한 caffeine의 무게(g)
130.423
추출한 caffeine의 무게(g)
0.038
caffeine 색상
추출한 caffeine의 색
백색
3.2 Results
4. DISCUSSION
‘카페인 추출’은 용해도 차이를 이용하여 카페인을 녹차 잎으로부터 추출함으로써 추출의 원리를 이해하는 실험이다.
실험결과 카페인의 색은 백색이었으며, 수율은 87%였다.
추출액으로부터 용매를 증발시킨 후 남은 고체의 색상은 백색이었는데, 그 이유는 다음과 같다.
녹차 잎의 주성분은 셀룰로오스이며, 이는 글루코스로 이루어진 고분자이다. 그러나 셀룰로오스는 물에 용해되지 않으므로 카페인 추출에 방해가 되지 않는다. 녹차 용액으로 추출되는 성분 중 하나인 카페인은 수용성이고, 뜨거운 물에 용해되는 탄닌 성분들은 페놀류화합물이다. 탄닌류는 가수분해 될 수 있는 성분과 가수분해 되지 않는 성분들이 있다. 탄닌이 뜨거운 물에 용해되어 추출될 때 가수분해 될 수 있는 것들은 부분적으로 가수분해 되어 녹차에 존재하므로, CaCO3(염기)을 녹차에 첨가하면 이들 산의 칼슘염이 생성되어 MC에 용해되지 않기 때문에 MC로 추출 시에 불용성 고체로 남아있게 된다. 녹차의 갈색은 flavonoid 색소와 chlorophyl(Ⅰ)과 이들의 산화물에 기인한다. chlorophyl(Ⅰ)은 MC에 용해되지만 다른 물질들은 대부분 용해되지 않는다. 따라서 녹차의 염기 수용액으로부터 거의 순수한 카페인을 얻을 수 있다. MC(bp.40)는 증류에 의하여 쉽게 제거되어 crude caffeine을 얻게 된다. 추출 과정에서 증류수에 탄산칼슘을 넣어 녹차 속에 포함된 유기산과 같은 불순물을 염기성인 탄산칼슘으로 중화시켜 물에 잘 녹는 염으로 만들어 제거하였고, 카페인과 극성 물질이 포함된 이 용액에 MC용액을 넣어 카페인만을 추출하였다. 이 추출액을 증발시키면 불순물이 제거된 고체가 얻어지는데, 이 고체는 카페인이고 카페인의 색상은 무색이므로 이 고체는 무색이어야 한다. 실험결과 이 고체가 무색인 것으로 보아 정제된 고체는 불순물을 거의 포함하지 않을 것이라 예상할 수 있다.
추출 수율은 87%였다. 100%의 수율을 얻지 못한 이유는 녹차 tea bag을 우려낼 때와 분별깔때기로 유기층을 얻을 때 카페인을 전부 추출하지 못했기 때문이다. 녹차 tea bag을 우려낼 때 50~60℃ 정도에서 30분 정도 우려내야 하는데, 더 낮은 온도에서 약 10분 정도 우려냈기 때문에 카페인이 전부 추출되지 않았을 것이라 예상된다.
5. REFERENCE
1. 이연식 “공업화학기초실험” pp.13-17
2. 양성봉, 이주연 “유기화학실험” pp.87-88

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