Phase transitions and thermodynamic properties of anhydrous caffeine

Abstract

Caffeine has been found to display a low-temperatureβ- and a high-temperatureα-modification. By quantitative DTA the following data were determined: transformation temperature 141±2°; enthalpy of transition 4.03±0.1 kJ·mole⁻¹; enthalpy of fusion 21.6±0.5 kJ·mole⁻¹; molar heat capacity

$$\begin{array}{*{20}c} {{\vartheta \mathord{\left/ {\vphantom {\vartheta {^\circ C}}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {^\circ C}}} & {100(\beta )} & {100(\alpha )} & {150(\alpha )} & {100(\alpha )} \\ {{{C^\circ _\mathfrak{p} } \mathord{\left/ {\vphantom {{C^\circ _\mathfrak{p} } {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} & {271 \pm 9} & {287 \pm 10} & {309 \pm 11} & {338 \pm 10} \\ \end{array} $$

in good accord with drop-calorimetric data. For the constants of the equation log (p/Pa)=−A/T+B, static vapour pressure measurements on liquid and solidα-caffeine, and effusion measurements on solidβ-caffeine yielded:

$$\begin{array}{*{20}c} {A = 3918 \pm 37; 5223 \pm 28; 5781 \pm 35K^{ - 1} } \\ {B = 11.143 \pm 0.072; 13.697 \pm 0.057; 15.031 \pm 0.113} \\ \end{array} $$

. The evaporation coefficient ofβ-caffeine is 0.17±0.03.

Résumé

La cafféine présente une forme basse température (β) et haute température (α). Les données suivantes ont été déterminées par ATD quantitative: température de transformation 141±2°, enthalpie de transition 4.03±0.1 kJ·mole⁻¹, enthalpie de fusion 21.6±0.5 kJ ·mole⁻¹, chaleur spécifique molaire

$$\begin{array}{*{20}c} {{\vartheta \mathord{\left/ {\vphantom {\vartheta {^\circ C}}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {^\circ C}}} & {100(\beta )} & {100(\alpha )} & {150(\alpha )} & {100(\alpha )} \\ {{{C^\circ _\mathfrak{p} } \mathord{\left/ {\vphantom {{C^\circ _\mathfrak{p} } {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} & {271 \pm 9} & {287 \pm 10} & {309 \pm 11} & {338 \pm 10} \\ \end{array} $$

en bon accord avec les données obtenues par calorimétrie à chute. Les mesures sous pression de vapeur statique effectuées sur la cafféine liquide et solide (α) ainsi que les mesures d'effusion sur la cafféine liquide et solide (α) ainsi que les mesures d'effusion sur la cafféine solide (β) ont donné pour les constantes de l'équation lg(p/Pa)=−A/T+ B:

$$\begin{array}{*{20}c} {A = 3918 \pm 37; 5223 \pm 28; 5781 \pm 35K^{ - 1} } \\ {B = 11.143 \pm 0.072; 13.697 \pm 0.057; 15.031 \pm 0.113} \\ \end{array} $$

. Le coefficient d'évaporation de la cafféineβ est 0.17±0.03.

Zusammenfassung

Es wurde festgestellt, daß Caffein bei niedrigen Temperaturen eineβ- und bei hohen Temperaturen eineα-Modifikation besitzt. Durch quantitative DTA wurden folgende Angaben bestimmt: Umwandlungstemperatur 141±2 °C, Umwandlungsenthalpie 4.03±0.1 kJ·Mol⁻¹ Schmelzenthalpie 21.6±0.5 kJ·Mol⁻¹, molare Wärmekapazität

$$\begin{array}{*{20}c} {{\vartheta \mathord{\left/ {\vphantom {\vartheta {^\circ C}}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {^\circ C}}} & {100(\beta )} & {100(\alpha )} & {150(\alpha )} & {100(\alpha )} \\ {{{C^\circ _\mathfrak{p} } \mathord{\left/ {\vphantom {{C^\circ _\mathfrak{p} } {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} & {271 \pm 9} & {287 \pm 10} & {309 \pm 11} & {338 \pm 10} \\ \end{array} $$

Sie stimmten gut mit den tropfkalorimetrischen Daten überein. Statische Dampfdruckmessungen an flüssigem und festemα- und Effusionsmessungen an festemβ-Caffein ergaben für die Konstanten der Gleichung lg(p/Pa)=−A/T+ B:

$$\begin{array}{*{20}c} {A = 3918 \pm 37; 5223 \pm 28; 5781 \pm 35K^{ - 1} } \\ {B = 11.143 \pm 0.072; 13.697 \pm 0.057; 15.031 \pm 0.113} \\ \end{array} $$

. Der Verdampfungskoeffizient vonβ-Caffein beträgt 0.17±0.03.

Резюме

Было найдено, что кофе ин существует в низкотемпературнойβ- и высокотемператур нойα- модификации. С помо щью количественного ДТА были определены такие пар аметры как температура прев ращения 141 + 2 °С, энтальп ия перехода 4.03±0.1 кдж· ·моль⁻¹, энтальпия пл авления 21.6±0.5 кдж·моль^{− 1} молярная теплоемкос ть

$$\begin{array}{*{20}c} {{\vartheta \mathord{\left/ {\vphantom {\vartheta {^\circ C}}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {^\circ C}}} & {100(\beta )} & {100(\alpha )} & {150(\alpha )} & {100(\alpha )} \\ {{{C^\circ _\mathfrak{p} } \mathord{\left/ {\vphantom {{C^\circ _\mathfrak{p} } {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {J \cdot K^{ - 1} \cdot mole^{ - 1} }}} & {271 \pm 9} & {287 \pm 10} & {309 \pm 11} & {338 \pm 10} \\ \end{array} $$

которые хорошо согла суются с данными капе льной калориметрии. Измере ния паров жидкого и твердого, а т акже эффузионные изм ерения твердогоβ-кофеина по зволили определить констант ы уравнения lg(p/Пa)=−А/Т+В:

$$\begin{array}{*{20}c} {A = 3918 \pm 37; 5223 \pm 28; 5781 \pm 35K^{ - 1} } \\ {B = 11.143 \pm 0.072; 13.697 \pm 0.057; 15.031 \pm 0.113} \\ \end{array} $$

. Коэффициент испарен ияβ-кофеина равен 0.17±0.03.