Extração da cafeína por cromatografia

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- A CAFEÍNA

A cafeína é um alcalóide (Figura 1), um composto contendo nitrogênio, que apresenta propriedades básicas. Ela pertence a uma classe de compostos de ocorrência natural chamada xantina. Possivelmente, as xantinas são os estimulantes mais antigos conhecidos sendo que, neste contexto, a cafeína é um dos mais potentes8.

[pic 1]Figura 1. Fórmula estrutural da cafeína

Fonte: Brenelli, 2003, p. 137.

Os principais efeitos fisiológicos9 da atuação da cafeína no organismo humano são o efeito estimulante, o efeito diurético e a dependência química. Entre outros efeitos, causa o aumento da taxa metabólica, o relaxamento da musculatura lisa dos brônquios, do trato biliar, do trato gastrintestinal e de partes do sistema vascular. Após cinco minutos do consumo, a cafeína pode ser detectada em todo o corpo humano, atingindo o seu máximo depois de 20-30 min10. Ela é metabolizada no fígado e tem uma meia vida de cerca de 3-6 h, não acumulando no corpo. A ingestão de cafeína em excesso pode causar vários sintomas desagradáveis incluindo a irritabilidade, dores de cabeça, insônia, diarréia, palpitações do coração. A dose letal para uma pessoa adulta pesando 70 kg é cerca de 10 g o que é equivalente a se tomar 100 xícaras de café ou 200 latas de Coca-Cola ou ingerir 50 kg de chocolate11.

A concentração de cafeína no chá ou café depende de vários fatores, incluindo a espécie da semente do café ou folha do chá, local de cultivo, granulações da amostra, etc. Estudos mostraram que, no caso do chá, a localização da folha na planta afeta o seu conteúdo de cafeína. Por este motivo, os valores relatados na literatura são variáveis. No caso do café e do chá, eles podem variar entre 2 a 4,6%8. O conteúdo de cafeína no caso do guaraná pode variar entre 3 a 6%12. O objetivo desse trabalho é o de apresentar metodologias adequadas a um curso de graduação em química orgânica, não se pretendendo fazer determinações quantitativas do conteúdo de cafeína de várias fontes, uma vez que existem metodologias mais adequadas para esta finalidade.

A Tabela 1 e a Figura 2 apresentam os resultados obtidos utilizando-se dois métodos para a extração de cafeína de bebidas estimulantes. O método 1 é adequado para amostras solúveis em água e, o método 2, para amostras solúveis e insolúveis em água. Através dos dados tabelados, percebe-se claramente que, independentemente do método utilizado, as amostras que apresentaram um maior conteúdo de cafeína foram o café solúvel (0,24 g ou 2,4%) e as folhas de chá preto (0,21 g ou 2,1%), em seguida o café em pó e o pó de guaraná (0,15 g cada ou 1,4%), depois a erva mate (0,12 g ou 1,2%) e o mate solúvel (0,10 g ou 0,99%) e, por último, as folhas de chá mate (0,03 g ou 0,29%). Nas amostras de café e mate solúveis, é possível que o conteúdo de cafeína seja maior em função da ausência de resíduos de sementes, galhos e folhas que costumam estarem presentes nas amostras de café em pó ou de chá mate. Segundo a referência utilizada para este estudo13, independentemente do material utilizado (sementes de café, café solúvel, folhas de chá mate e erva mate), o rendimento esperado de cafeína é cerca de 2%. Vogt e colaboradores14 determinaram o conteúdo de cafeína no chá preto usando como técnica a cromatografia micelar eletrocinética, obtendo cerca de 2,4%.

Segundo os autores este é um valor típico para amostras de chá preto. Mitchell e colaboradores2, ao extraírem cafeína de saquinhos de chá mate obtiveram cerca de 0,2-0,4% de cafeína purificada. Assim, os valores obtidos para o conteúdo de cafeína neste estudo, usando-se vários materiais, são concordantes com os já descritos.

A Figura 2 também mostra que não há diferença significativa no conteúdo de cafeína extraída das amostras solúveis em água (café e mate solúvel) para as duas metodologias empregadas. Isto significa um ganho de tempo importante na aplicação do método 1, no caso de disciplinas em que se dispõe de períodos curtos para as práticas. Embora a amostra de mate solúvel tenha apresentado um menor conteúdo de cafeína que o café solúvel, ela é uma alternativa bastante interessante em relação ao uso das folhas de chá mate, já que este apresentou o menor conteúdo de cafeína extraída entre todas as amostras e atualmente, como já dissemos, é um dos experimentos mais populares em química orgânica.

Em relação às folhas de chá mate (0,03 g), a erva mate apresentou um conteúdo de cafeína bruta extraída (0,12 g) muito superior. A diferença entre a erva mate e o chá mate é que o último sofre um processo de queima (chá mate tostado, conforme a embalagem). Neste processo, é possível que haja alguma perda de cafeína em relação à erva mate. Caso a aplicação do método 1 em uma amostra de mate solúvel não fosse possível, uma melhor opção seria a utilização da erva mate ao invés das folhas de chá mate.

[pic 2]Figura 2. Gráfico da porcentagem de cafeína bruta extraída de bebidas estimulantes usando-se dois métodos.

Fonte: Brenelli, 2003, p. 137.

A aplicação do método 1 permite que o estudante obtenha uma quantidade de amostra suficiente (sólido branco amarelado), para realizar uma purificação, tendo a oportunidade de aprender técnicas básicas e muito usadas em química orgânica como a recristalização15, sublimação16 e a cromatografia em coluna17 podendo, em seguida, determinar o ponto de fusão da amostra pura (238 °C)7. Uma quantidade maior de amostra também permite ao estudante a preparação de um derivado da cafeína18, o sal derivado do ácido salicílico, o qual apresenta ponto de fusão de 137°C1 facilitando a caracterização da amostra obtida, como indicado no Esquema 1.

[pic 3]Figura 3. Preparação do salicilato de cafeína.

Fonte: Brenelli, 2003, p. 137.

Finalizando, observa-se que tanto o café em pó quanto o guaraná em pó apresentaram o mesmo conteúdo de cafeína bruta extraída (0,15 g). Embora o café seja menos utilizado na literatura que as folhas de chá mate para a extração de cafeína, neste contexto, no melhor do nosso conhecimento, o pó de guaraná não tem sido empregado, sendo que a quantidade de cafeína bruta extraída é uma quantidade apropriada para experimentos subsequentes ao da sua extração, conforme exemplificamos