关 于 茶 叶 实 验 的 探 究 

                 蒯世定 ¹    ，史建高²

（1.合肥市教育局教研室，安徽合肥230001；2.合肥五中，安徽合肥230011）

          《化学教学》 2004-10-10、11、12

    1、问题的提出

    教育部制定的《普通高中 化学课程标准》中明确指出：“正确认识科学、技术与社会的相互关系，能运用所学知识解释生产、生活中的化学现象，解决与化学有关的一些实际问题，初步树立社会可持续发展的思想。”

    茶是我国的传统饮品，入口清香醇厚，回味无穷。茶大家非常熟悉，但是关于茶叶的化学实验却很少，我们近期进行了大量的关于茶叶的实验的研究。我们认为可以运用中学化学中的有关知识，在教学中设计一些关于茶叶的实验探究，让学生认识、了解茶叶中有效成分的提取，使学生了解物质提取和分离方法，学习有关萃取、分液、升华等实验技术，提高实验动手能力，培养学生创新精神和实践能力。

    我国的茶文化，有着悠久的历史。茶具有化痰消食、xxxx等功能，而这些功能都与茶中有效成分有关。

    茶叶中化学成分的研究始于1827年人们在茶叶中发现嘌呻碱化合物。之后，随着科学技术的发展和进步，迄今已在茶叶中鉴定出450种以上的有机成分和15种以上的无机元素。茶叶中的生物碱又以xxx为主。xxx的含量一般为2%－4%。xxx具有提神醒脑、兴奋xxxx的作用。茶多酚是一种xx抗氧化剂，它占茶叶重量的15%－30%。茶多酚是大量酚类衍生物的混合物。至今人们在茶多酚中发理了十多种儿茶素，占多酚物质的80%左右。茶多酚可以替代食品添加剂中的某些物质，可作为抗氧化剂等。茶多酚可用于肉类、鱼类、面类食品、食用植物油、动物油等抗氧化保鲜剂；还可用于除臭、防治龋齿；防止色素褪色和xx等。

   2、实验方案设计

   2.1 关于茶叶溶液的实验

    取一般茶叶10 g，加入100 mL沸水，浸泡5min（或煮沸2min ）。静置，分别取出上层溶液，进行下列实验：

  （1）溶液的pH 在8 ---9。

  （2）加入酚酞溶液，无明显现象，不显红色。

   （3）向用硫酸酸化的高锰酸钾红色溶液中，加入少量茶叶溶液振荡，红色溶液立即褪为无色。

   （4）向橙色的溴水中，加入少量茶叶溶液振荡，无明显变化。

   （5）取少量茶叶溶液，加入KSCN 溶液振荡，无明显变化。

   （6）取少量茶叶溶液，加入2% 氨水，茶叶溶液立即变为亮黄色的溶液。

   （7）向盛有FeSO₄溶液中，加入少量茶叶溶液振荡，溶液立即变为蓝色溶液。

（8）取5 mL茶叶溶液，加入约1/3米粒大小的三氯化铁晶体（不能多），振荡，溶液立即变为黑色。又加入少量草酸晶体，振荡，黑色溶液又变为原来的茶色。  

再向上述溶液中加入几滴氨水，振荡，生成褐色沉淀。又加入几滴稀硫酸，振荡，沉淀溶解，变为淡褐色溶液。

    （9）在洁净的分液漏斗中加入 40 mL 茶叶水，加入5 mL 苯，振荡，静置。上层乳白色浑浊的萃取液。取出上层苯层，蒸发得到淡黄色溶液，再微微加热得到淡黄色固体。

    将淡黄色固体加蒸馏水溶解，得到浅黄色溶液。用浅黄色溶液进行下列实验：

①溶液显中性

②加入用稀硫酸酸化的KMnO₄溶液，立即褪为无色。

  ③加入FeSO₄溶液，溶液变成蓝色。

  ④加入浓Br₂水，无明显变化。

    （10）用 5 mL xxxx代替苯，进行如上述实验（9）的操作，实验现象相同。

2.2从茶叶中提取xxx

实验方案

实验过程

（1）实验步骤

①称取5.0g茶叶，剪碎，浸渍于盛有200 mL蒸馏水的烧杯中。

②加热煮沸约半小时。

③过滤。

④用40mL氯仿分3次(20、10、10mL)萃取滤液，合并氯仿相，先用5%NaOH溶液，再用适量水洗涤萃取液。

⑤挥发掉有机溶剂，得粗xxx。

⑥用40mL乙酸乙酯分3次（20、10、10mL）萃取氯仿萃取过的水相。

⑦用适量水洗涤萃取液。

⑧挥发有机溶剂，即得茶多酚。

（2）xxx的升华提纯和定性检验

①升华提纯xxx：在烧杯中部平放一定性滤纸，用酒精灯(或煤气灯)隔着石棉网加热待其升华，冷动后取下滤纸，可观察到滤纸上附着白色针状晶体。

②xxx定性检验原理：

   ③ 粗xxx的定性检验：取粗产品少许于干燥的点滴板上，喷上酸性碘—碘化钾试剂，可见到有棕色、红紫色和蓝紫色物质生成。(棕色表示有xxx存在，红紫色表示有茶碱存在，蓝紫色表示有可可碱存在)

   ④ xxx的定性检验：取提纯后的xxx少许，加盐酸1mL溶解，加KCIO₃ 0.lg，在通风橱中加热蒸发，待干，冷却后滴加氨水数滴，溶液变为紫色。

2.3 茶叶中Al和Fe元素的分离和鉴定

    (1)称取5 g 干燥的茶叶，放入蒸发皿中，加热充分灰化(在通风的地方进行)，移入研钵磨细。然后将10 mL 2 mol/L HCl加入灰中搅拌，加热煮沸腾2 min ，过滤，得到滤液。

   （2）取2 mL上述滤液盛放在试管中，向试管中慢慢加入1 mol/L NH₃•H₂O，观察现象。溶液产生白色沉淀。

   再向试管中滴加 2 mol/L NaOH 溶液，边滴加边振荡，白色沉淀溶解。。

   （3）取2 mL上述无色透明溶液盛放在试管中，向试管中加入1 mol/L KSCN溶液，溶液立即变为血红色。

3、实验原理分析

   3.1  从上述 2.1 关于茶叶溶液的实验可以推测茶叶溶液中含有：①还原性物质，能够被高锰酸钾溶液氧化；② 鞣酸（鞣质）类物质，他们与亚铁盐作用生成蓝色溶液。

   茶叶中含有鞣质，鞣质又称单宁酸。存在于多种树木（如橡树和漆树）的树皮和果实中，含量达50—70%。鞣质为黄色或棕黄色无定形松散粉末；在空气中颜色逐渐变深；有强吸湿性；不溶于乙醚、苯、氯仿，易溶于水、乙醇、丙酮；水溶液味涩；在210—215⁰C分解。鞣质不是单一的化合物，化学组成比较复杂，大致可分为两种：（1）缩合鞣质，是黄烷醇衍生物，分子中黄烷醇的2位通过碳-碳键与儿茶酚或苯三酚结合。（2）可水解鞣质，分子中具有酯键，是葡萄糖的没食子酸酯。

    鞣质是止血剂。在医药上曾用于xx咽喉炎、扁桃腺炎、痔疮和皮肤疱症等，内有可制止腹泻、肠出血等。鞣质能与金属、生物碱和糖苷等生成沉淀，对这些物质具有xx作用。鞣质可用于鞣革、墨水制造、纸张和丝绸的上胶、锅炉防垢等，还可做媒染剂、啤酒和葡萄酒的澄明剂、橡胶的凝结剂等。鞣质本身毒性很低，小老鼠口服致死剂量位6 g/kg。

    3.2

 xxx，又名咖啡碱，一种黄嘌呤型生物碱，学名1，3，7—三甲基—2，6—二氧嘌呤。结构式为：

含结晶水的xxx为无色针状结晶，味苦，能溶于水(2%)、乙醇(2％)及氯仿(12．5％)等，在苯中的溶解度为1％(热苯为5％)。在100 ⁰C时即失去结晶水，并开始升华，120 ⁰C时升华相当显著，至178 ⁰C时升华很快。升华得到的晶体为白色针状，熔点234 ⁰C～236．5 ⁰C。

利用xxx在氯仿中溶解度较大，可通过萃取茶叶的水浸渍液提取xxx。根据其升华的性质，可用升华法进一步提纯xxx。1820年首先被朗格离析出来；1821年法国化学家罗比奎特(P．J．Robiquet)也从咖啡中分离出xxx。

    xxx作为xx有机化合物广泛存在于咖啡、茶等多种植物中，是茶叶和咖啡豆中的活性成分。茶叶中所含xxx量从1% 到 5%不等，还含有可可碱(0.17％)、茶碱(0．013 % )；腺嘌呤(0．014％)，另外还有11％-- 12％的丹宁酸(又名鞣酸)以及类黄酮色素(0.6 %)；纤维素、叶绿素、蛋白质等。而咖啡中的xxx含量高达5％。

丹宁不是单一的物质，是分子量为500到3 000之间的一种酚类化合物，所以又名茶多酚。丹宁通常分为两类，一类能水解，另—类不能水解。能水解的丹宁是由双没食子酸基与葡萄糖中某一位上的羟基连接而成，是一种酯的混合物，这类丹宁在热水中水解生成没食于酸和葡萄糖。另一类是儿茶素的缩聚物。  

茶多酚是由30种以上的酚类物质组成的混合物，其中儿荼素(又名二茶酚)含量{zg}，在茶多酚总量中占60%－80%。

茶多酚在乙酸乙酯中溶解度大，并且能与重金属作用产生沉淀，故可用沉淀、萃取等方法来提取茶多酚。也可用此方法从细、粗咖啡中提取xxx作为对照实验。

    xxx是一种最古老的兴奋剂，具有推迟睡眠、提高警觉、促进思考等功效。在医学上用作心脏、呼吸器官和神经系统的兴奋剂；和溴剂适当合用，可xx神经衰弱及用作xx剂，xx剂及xx中毒的xx药；和阿司匹林、非那西汀按一定比例混合制得复方APC药片是退热止痛的良药。但过度使用xxx会增加抗药性和产生轻度上瘾。茶也不能喝得太浓，因为茶叶中的鞣酸能结合食物蛋白质，影响蛋白质消化和吸收，鞣质也会妨碍铁的吸收。

    3.3 植物是由C、H、N和O等元素组成的有机体，此外还含有P、I和某些金属元素。把植物烧成灰烬，经过一系列化学处理，即可从中分离和鉴定某些元素。本实验从茶叶中检出Al、Fe二种元素。  二种金属离子的氢氧化物xx沉淀的pH的范围如下： 

    Fe(OH)₂    ≥4.1           A1(OH)₃    ≥5．2

而pH>9时，两性物质A1（OH)₃又开始溶解。

因此本实验先用2  mol/L HCl溶解茶叶灰，然后用NH₃·H₂O将其滤液调至pH == 7 左右，此时A1和Fe的氢氧化物xx沉淀。把沉淀与过量的2 mol/L  NaOH溶液反应，由于Al(OH)₃ 具有两性，因而又可将A1³⁺ 分离并鉴定之。

Al³⁺ + 3NH₃·H₂O === A1（OH)₃ ↓ + 3 NH₄⁺

A1（OH)₃ + HO^-- === AlO₂ ^--+  2H₂O

  茶叶滤液中的FeCl₃  与加入KSCN溶液反应，生成红色的溶液。 

    FeCl₃ + 3 KSCN == Fe（SCN）₃ + 3KCl

    Fe³⁺  + SCN^-- == [Fe（SCN）]²⁺ 。

              参考文献

1 麦禄根.有机化学 .上海：华东师范大学出版社，2001.181-183

2 高剑南，等.现代化学实验基础 .上海：华东师范大学出版社，1998.129

3刘正贤.中学化学实验大全 .上海：上海教育出版社，1997.416

《化学教学》 2004-10-10、11、12