Theobromine uit chocolade

[155467]

Geachte,

Wij zijn Aimée, Anne en Océane, zitten in 6TVWO en we doen ons profielwerkstuk over de werking van chocolade op je reactiesnelheid. Uit ons literaire onderzoek hebben we begrepen dat theobromine een soort gelijke stof is als cafeïne alleen heeft het een OH-groep minder. Hierdoor werkt theobromine op een zelfde soort manier als cafeïne alleen is het iets zwakker. We verwachten wel dat deze stof in chocolade er voor kan zorgen dat je reactiesnelheid omhoog gaat, omdat het je bloedvaten verwijdt waardoor bloed makkelijk kan stromen en denken we dat dat in je hersenen als voordeel kan werken. We verwachten dat je hersenen hiervan beter gaan functioneren en dat je reactiesnelheid omhoog gaat. Voor dit onderzoek moeten we er achter komen wat het theobromine gehalte in een chocoladereep is om te kijken hoe dit stofje effect heeft op de reactiesnelheid van een persoon. We verwachten namelijk dat er in pure chocolade meer theobromine te vinden is en dat daardoor de reactiesnelheid ook beter wordt.

Nou hebben we een probleem, om het theobromine gehalte in chocolade te bepalen moeten we de stof dichloormethaan gebruiken wat onze school te gevaarlijk vindt. Ook duurt het practicum best wel lang en we hebben gehoord dat jullie en vacuüm kast hebben waardoor de stof sneller bij het kookpunt komt en we de destillatie sneller kunnen doen. Ook hebben we gehoord dat jullie stikstof hebben waardoor het bevriezen van chocolade sneller gaat en we dus sneller poeder er van kunnen maken. Daarom vroegen we ons af of we misschien een dag bij jullie op school in het laboratorium dit experiment uit mogen voeren onder begeleiding van jullie natuurlijk. Het liefst zouden we een afspraak met jullie willen maken in onze herfstvakantie die loopt van 20 oktober tot en met 28 oktober. We hebben ook al een voorschrift gemaakt over hoe we dit experiment uit willen voeren. Omdat we tweetalig doen is ons voorschrift in het Engels, maar we hebben er ook een Nederlandse vertaling bij.

Extracting theobromine from chocolate:

• The amount of theobromine in chocolate depends on the amount of cacao
• Theobromine does not contain bromine, the name comes from the scientific name for the cacao tree: theobroma cacao
• The structure of theobromine is almost the same as caffeine, the difference is a small methyl group
• The effect of theobromine is much weaker than caffeine

Materials:

340mL dichloromethane (DCM)

50 mL hexane

15 mL methanol

10g dark/milk/white chocoa (more depending on amount of cacao)

3 g magnesium oxide

1 round flask

2 flasks

distillation set up

beaker

stirring rod

funnel

warming mantle

stir bar

magnets

vacuum filter*

Büchner funnel

filter paper

rubber bung

porous plate

Büchner flask

rubber tube

aspirator

cold water condenser

stopper

fridge

Method:

Freeze a bar of chocolate

Pulverize the frozen chocolate

Add 10 g pulverized chocolate to a round bottom flask

Add 3 gr magnesium oxide

Add 15 mL methanol and move it around the funnel while adding it to wash the possible cacao or magnesium oxide residue

Remove the funnel and mix the solution with a glass stir rod for about 20 seconds

Place a heating mantle below the flask

Boil the methanol off in a fume hood and stir it once it a while, this will take about 1 hour

When the methanol is all boiled off, there will be a dry powder left behind

Take all of the leftovers off of the stirring rod

Add 170 mL dichloromethane to the flask

Connect a cold water condenser and turn on the heating mantle

Reflux the dichloromethane for about 30 minutes

Take the heating mantle away after 30 minute and let the solution cool down for a few minutes

Vacuum filter the solution to separate dichloromethane from the solid cocoa

After the dichloromethane is separated, leave the vacuum to dry the cocoa

Once the cocoa is dry, remove the funnel and seal the flask with a stopper

Place the yellow dichloromethane solution to the side

Extract cocoa again by adding it back to the original flask and repeat step 11 until 20 to extract the leftover cocoa

Wash away the cocoa powder with a small amount of dichloromethane

Transfer all of the solvent to a large beaker

Dichloromethane does not mix with water but it dissolves a small amount of it. To pull out that small amount of water from the dichloromethane add a teaspoon of anhydrous magnesium sulfate

Stir for a few minutes

Filter the dichloromethane through a filter to get rid of the magnesium sulfate

Filter the solution in a round bottom flask and use a bit of dichloromethane to wash away any magnesium sulfate residue that is left in the funnel and cotton

Add a stir bar to the flask

Set up the flask for distillation

Boil off the dichloromethane until a volume of about 10 mL is reached

To measure the volume of 10 mL, add 10 mL of a liquid to an identical flask and compare the volumes, the solution that is left should be a little opaque and have a lot of solid white particulate in it.

Add hexane ether to extract the theobromine from the dichloromethane

Use a magnetic stir bar and a magnet to stir the solution for a few minutes, then pull it out of the solution using the magnet.

Seal off the flask with a stopper and place it in the fridge for 24 hours

After 24 hours, use a vacuum filter to separate the theobromine

The solvent will be pulled away

Use a very small amount of ether to wash the flask

Turn on the vacuum to get rid of the ether

Keep the vacuum running to dry the theobromine on the filter, a very small amount should be on the filter

Scrape off as much theobromine as you can and weigh it.

Heating of the solution will cause the theobromine solubility in the dichloromethane to increase, this increases the efficiency

The solution should be a little opaque and there is a lot of solid white particulate. The white particulate is junk that we don’t need.

Most of the theobromine should still be dissolved in the dichloromethane

Nederlandse vertaling:

• De hoeveelheid theobromine in chocolade ligt aan de hoeveelheid cacao die gebruikt is.
• Theobromine bevat geen broom, de naam komt van de wetenschappelijk naam voor de cacaoboom: theobroma cacao.
• De structuur van theobromine is bijna hetzelfde als die van cafeïne, het verschil is een kleine methyl groep.
• Het effect van theobromine is een stuk minder sterk dan het effect van cafeïne.

Materiaal:

340mL dichloormethaan (DCM)

50 mL hexaan

15 mL methanol

10g pure/melk/ witte chocolade

3g magnesium oxide

een ronde erlenmeyer

2 erlenmeyers

destillatie opstelling

bekerglas

roerstaaf (stirring rod)

trechter

verwarmingsmantel

roerstaf (stir bar)

magneten

vacuüm filter*

Büchner trechter

filterpapier

rubberen stop

poreus papier

Büchner erlenmeyer

rubberen buis

aspirator

koud water condensator

stopper

koelkast

Methode:

Bevries een reep chocolade

Vergruis de bevroren chocolade

Voeg 10g van het vergruisde chocolade toe aan een ronde erlenmeyer

Voeg 3g magnesium oxide toe

Voeg 15mL methanol toe en stop het in de trechter zodat het mogelijke overgebleven cacao en magnesiumoxide overblijven in de trechter.

Haal de trechter weg en roer de oplossing in de erlenmeyer met een roerstaafje voor 20 seconde

Plaats een verwarmingsmantel onder de erlenmeyer

Kook de methanol in een zuurkast en roer het af en toe. Dit zal ongeveer een uur duren.

Als alle methanol verdampt is blijft er een droge poeder over.

Haal alles wat over is van het roerstaaf

Voeg 170 mL dichloormethaan toe aan de erlenmeyer

Bevestig een koud water condensator en doe de verwarmingsmantel aan

reflux de dichloormethaan voor ongeveer 30 minuten

Haal de verwarmingsmantel weg na 30 minuten en laat de oplossing afkoelen voor een paar minuten

Vacuüm filter de oplossing om het dichloormethaan van de vast stof cacao te verwijderen

Nadat de stoffen gesplitst zijn moet je het vacuüm houden om de cacao te drogen

Als de cacao droog is moet je de trechter verwijderen en de erlenmeyer met een rubberen stop dicht doen

Plaats de gele dichloormethaan oplossing aan de kant

Herhaal stap 11 t/m 20 met het overgebleven cacao

Was de cacaopoeder weg met een klein beetje dichloormethaan

Verplaats alle oplossing naar een groot bekerglas

Dichloormethaan mengt niet met water maar het lost een klein beetje op. Om die kleine hoeveelheid water uit dichloormethaan te halen moet je een theelepel met watervrij magnesiumsulfaat toevoegen

Roer voor een paar minuten

Filter de dichloormethaan door de trechter om van het magnesiumsulfaat af te komen.

Filter de oplossing in een ronde erlenmeyer en gebruik een een beetje dichloormethaan om het overgebleven magnesiumsulfaat dat over is weg te spoelen in de trechter

Voeg een roerstaafje (stir bar) aan de erlenmeyer toe

Stel de erlenmeyer op voor destillatie

Kook het dichloormethaan eruit totdat er een volume van ongeveer 10 mL is bereikt.

Om te meten hoeveel 10 mL is in een erlenmeyer moet je 10 mL van een vloeistof toevoegen aan een zelfde soort erlenmeyer en dan de volumes gaan vergelijken. de oplossing die over is moet een beetje ondoorzichtig zijn een veel van een witte vaste stof er op hebben.

Voeg hexaan ether toe om theobromine uit het dichloormethaan te halen.

Gebruik een (magnetic stir bar)?? en een magneet om de oplossing voor een paar minuten te roeren, trek het daarna uit de oplossing met gebruik van de magneet

Doe de erlenmeyer weer dicht met een rubberen stop en stop het in de koelkast voor 24 uur

Na 24 uur gebruik een vacuüm filter om de theobromine te scheiden

Het oplosmiddel zal er uitgetrokken worden

gebruik een klein beetje ether om de erlenmeyer te wassen

Doe de vacuüm aan om van de ether af te komen

Houd de vacuüm aan om de theobromine te drogen in het filter, er hoort een heel klein beetje op het filter te liggen.

Schraap zoveel mogelijk theobromine van het filter en weeg het.

*https://chem.libretexts.org/Demos%2C_Techniques%2C_and_Experiments/General_Lab_Techniques/Vacuum_Filtration

https://www.youtube.com/watch?v=2VaeGdLUsRQ

We hopen dat u ons kunt helpen, alvast bedankt.

Met vriendelijke groet,

Aimée van den Brink, Anne Terlouw en Océane Zoetmulder

[Sanne Nielsen]

@155467
Beste Aimée, Anne en Océane,

Jullie hebben een goede uitwerking gemaakt voor deze proef. Het spijt me om te moeten zeggen dat dit niet bij ons kan. Hier hebben wij de capaciteiten niet voor, op het gebied van tijd en begeleiders.

Dit is wel zeker iets dat jullie kunnen gebruiken in jullie pws als schriftelijk plan, maar niet helemaal realistisch om uit te voeren met beperkte faciliteiten voor een pws. Het kan dan in jullie pws worden geplaatst als een aanbeveling voor een proef.

Groetjes,
Sanne