Nous avons décidé de réaliser une expérience pour prouver que le café contient en effet cette molécule. Elle s’expérimente en deux parties : l’extraction de la caféine à partir du café et l’identification de la molécule de caféine par chromatographie sur couche mince.
Première Partie : Extraction de la caféine du café
(Réalisée le vendredi 6 janvier 2012)
Une extraction est un procédé qui permet d’obtenir une espèce chimique à partir d’une substance naturelle qui la contient.
Pour cela nous avons besoin du matériel suivant :
- 50g de café moulu
- De l’eau distillée
- De l’huile (dans un récipient assez grand pour que le ballon en Pyrex rentre dedans)
- 12g de carbonate de calcium CaCO3
- Du chlorure de calcium anhydre CaCl2
- Un ballon en Pyrex de 500mL
- Un réfrigérant ascendant
- Un agitateur magnétique chauffant
- Un barreau aimanté
- Un entonnoir, des filtres et une fiole à vide (pour une filtration sur Büchner)
- Des béchers de 250mL ou plus
- Une spatule
- Une éprouvette graduée de 100mL
- Une ampoule à décanter de 250mL
- Extraction par solvant solide/liquide par décoction
La décoction est l’ébullition prolongée d'une quantité d'eau avec une ou des plantes aromatiques ; ici, le café.
Pour commencer, on équipe un ballon de 500mL, contenant 50g de café moulu, 12g de carbonate de calcium (CaCO3), 300mL d’eau distillée, d’un réfrigérant ascendant. Le ballon est maintenu à ébullition dans un bain d’huile grâce à un agitateur magnétique chauffant et agité par un barreau aimanté, pendant deux heures.
Pour commencer, on équipe un ballon de 500mL, contenant 50g de café moulu, 12g de carbonate de calcium (CaCO3), 300mL d’eau distillée, d’un réfrigérant ascendant. Le ballon est maintenu à ébullition dans un bain d’huile grâce à un agitateur magnétique chauffant et agité par un barreau aimanté, pendant deux heures.
- Filtration par Büchner
A la fin de la décoction, on laisse refroidir le ballon.
Ensuite, on filtre son contenu sur Büchner et on récupère le filtrat contenant la caféine dans un bécher.
- Extraction par solvant liquide/liquide par solvant
Tout d’abord, on introduit 150mL de filtrat dans une éprouvette graduée, puis dans une ampoule à décanter de 250mL avec 50mL de dichlorométhane (utilisé comme solvant). On agite, dégaze régulièrement et laisse décanter.
La caféine se trouvant dans le filtrat se retrouve dans la phase organique avec le dichlorométhane.
La phase organique est la phase inférieure et la phase aqueuse est la supérieure car la densité du dichlorométhane (d = 1.34) est supérieure à celle de l’eau (d = 1.00).
On récupère la phase organique dans un bécher et on refait une extraction avec 50mL de dichlorométhane sur la phase aqueuse afin d’extraire un maximum de caféine. On recommence la décantation et une dernière extraction sur les 150mL de phase aqueuse avec 50mL de dichlométhane.
Ensuite, on regroupe les phases organiques contenant la caféine dans un bécher.
- Séchage de la phase organique, filtration et évaporation
Sécher la phase organique contribue à éliminer les traces d’eau. Pour cela il faut ajouter du chlorure de calcium anhydre spatule par spatule (quantité indéfinie) dans le bécher contenant la phase organique, tout en remuant. La solution doit être fluide : le chlorure de calcium anhydre ne doit pas former de grumeaux. Les molécules d'eau alors sont captées par le sel anhydre.
Ensuite, on filtre la solution et on la récupère dans un bécher.
Enfin, on laisse évaporer.
- Résultats (Observations faîtes le mercredi 18 janvier)
Après évaporation, on observe une des traces de caféine au fond du bécher. On peut remarquer que ce solide n’est pas blanc comme l’est la caféine pure mais ocre, on peut donc en déduire qu’il y a également d’autres composants du café en plus de la caféine. Mais il faut aussi prouver que cette poudre contient bien de la caféine et donc que le café en est composé.
Seconde Partie : Identification de la molécule de caféine par chromatographie sur couche mince (CCM) (Réalisée le mercredi 18 janvier 2012)
En effet, nous avons réalisé la chromatographie une semaine et demie après l’extraction car notre professeur de physique-chimie n’était pas présente le mercredi précédent et ne pouvait donc pas nous prêter le matériel nécessaire.
Après avoir extrait la caféine du café et obtenu des traces ocres de caféine, nous allons donc maintenant prouver que ces dernières contiennent bien de la caféine par chromatographie sur couche mince. Nous avons également décidé de montrer que le café décaféiné n’en contient pas, par cette même expérience. Nous avons donc trois dépôts à effectuer : un dépôt sera de la caféine pure ; un autre, le solide que nous avons obtenu ; et le troisième sera du café décaféiné.
Pour cela nous avons besoin du matériel suivant :
- De la caféine pure de référence
- Le solide ocre obtenu
- Du café décaféiné
- De l’éthanol
- Une plaque de silice
- Des béchers et un couvercle
- Une lampe ultraviolette pour révélation de plaques chromatographiques
Tout d’abord, on dilue le solide ocre, extrait du café, dans 3mL d'éthanol pur. De la même façon, 1g de caféine pure et de café décaféiné sont dilués dans 3mL d’éthanol pur, dans des béchers différents.
Puis, on trace une ligne au crayon à 2cm du bas sur la plaque de silice. Ce trait servira de repère pour déposer les goutes des trois solutions préparées.
Ensuite, on introduit 12mL d’éthanol et 8mL d’eau distillée dans un bécher. Ce mélange est l’éluant servant à faire la chromatographie.
On effectue les trois dépôts grâce à des pipettes sur la ligne préalablement tracée. Un dépôt équivaut à une goutte de chaque solution.
Après avoir placer la plaque de silice dans le bécher contenant l’éluant, on le ferme d’un couvercle et on attend la fin de l’élution.
A gauche la caféine pure, au centre du café distillé et a droite du café décaféiné.
Lorsque l’éluant se trouve à 1cm du haut de la plaque de chromatographie, on enlève cette dernière du bécher.
A gauche la caféine pure, au centre du café distillé et a droite du café décaféiné.
Lorsque l’éluant se trouve à 1cm du haut de la plaque de chromatographie, on enlève cette dernière du bécher.
On ne remarque pour l’instant qu’une seule trace sur la plaque de silice : c’est celle du dépôt du café décaféiné. Pour observer les deux autres traces, nous devons éclairer la plaque avec la lampe ultraviolette : c’est la révélation.
Les dépôts de gauche à droite : caféine pure, solide ocre extrait du café, café décaféiné.
Nous nous excusons pour la mauvaise qualité de la photographie, le « flou » étant du à trop de lumière pour notre appareil.
Nous remarquons que les traces des dépôts de caféine pure et de solide extrait du café s’arrêtent à la même hauteur. On en conclu donc que le solide ocre que nous avons obtenu après l‘extraction est bien de la caféine.
On observe également que la trace du dépôt de café décaféiné ne s’arrête pas à cette hauteur. Donc il n’en contient pas.
D’autre part, nous pouvons constater que la trace du dépôt du solide ocre obtenu contient d’autres composants du café puisque cette trace continue et ne se stoppe pas comme celle de la caféine pure.
CONCLUSION :
Le solide que nous avons extrait est de la caféine, également mélangée à d’autres composants du café. De plus, le café décaféiné ne contient effectivement pas de caféine.
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