咖啡因是一种植物生物碱，在许多植物中都能够被发现。作为自然杀虫剂，它能使吞食含咖啡因植物的昆虫麻痹。人类最常食用的含咖啡因的植物包括咖啡、茶及一些可可。其他不经常食用的包括一般被用来制茶或能量饮料的巴拉圭冬青和瓜拿纳树。两个咖啡因的别名：马黛因和瓜拿纳因子就是从这两种植物演化而来。
世界上最主要的咖啡因来源是咖啡豆（咖啡树的种子），同时咖啡豆也是咖啡的原料。咖啡中的咖啡因含量极大程度上依赖于咖啡豆的品种和咖啡的制作方法，甚至同一棵树上的咖啡豆中的咖啡因含量都有很大的区别。一般来说一杯咖啡中咖啡因的含量从阿拉伯浓缩咖啡中的40毫克到浓咖啡中的毫克。深焙咖啡一般比浅焙咖啡的咖啡因含量少，因为烘焙能减少咖啡豆里的咖啡因含量。阿拉伯咖啡的咖啡因含量通常比中果咖啡低。咖啡也含有痕量的茶碱，但不含可可碱。
茶是另外一个咖啡因的重要来源，每杯茶的咖啡因含量一般只有每杯咖啡的一半，决定于制茶的强度。特定品种的茶，例如红茶和乌龙茶，比其他茶的咖啡因含量高。茶含有少量的可可碱以及比咖啡略高的茶碱。茶的制作对于茶有很大影响，但是茶的颜色几乎不能指示咖啡因的含量。日本绿茶的咖啡因含量就远远低于许多红茶，例如正山小种茶，几乎不含咖啡因。
由可可粉制的巧克力也含有少量的咖啡因。巧克力是一种很弱的兴奋剂，主要归因于其中含有的可可碱和茶碱。一块典型的28克牛奶巧克力与脱咖啡因咖啡的咖啡因含量差不多。
咖啡因也是软饮料中的常见成分，例如可乐，最初就是由可乐果制得。一瓶软饮料中一般含有10毫克至50毫克的咖啡因。能量饮料，例如红牛，每瓶含有80毫克咖啡因。这些饮料中的咖啡因来源于它们所用的原始成分或由脱咖啡因咖啡所得的添加剂，也有是通过化学合成的。
咖啡因又叫咖啡碱，是一种生物碱，存在于茶叶、咖啡、可可等植物中。例如茶叶中含有1%～5%的咖啡因，同时还含有单宁酸、色素、纤维素等物质。
咖啡因是弱碱性化合物，可溶于氯仿、丙醇、乙醇和热水中，难溶于乙醚和苯（冷）。纯品熔点～℃，含结晶水的咖啡因为无色针状晶体，在℃时失去结晶水，并开始升华，℃时显著升华，℃时迅速升华。利用这一性质可纯化咖啡因。咖啡因的结构式为：
咖啡因（1，3，7-三甲基-2，6-二氧嘌呤）
咖啡因（1，3，7-三甲基-2，6-二氧瞟岭）咖啡因是一种温和的兴奋剂，具有刺激心脏、兴奋中枢神经和利尿等作用。
提取咖啡因的方法有碱液提取法和索氏提取器提取法。本实验以乙醇为溶，用索氏提取器提取，再经浓缩、中和、升华，得到含结晶水的咖啡因。
工业上咖啡因主要是通过人工合成制得。它具有刺激心脏、兴奋大脑神经和利尿等作用。故可以作为中枢神经兴奋药，它也是复方阿司匹林（A.P.C）等药物的组分之一。
（1）索氏（Soxhlet）提取器
索氏（Soxhlet）提取器由烧瓶、提取筒、回流冷凝管3部分组成，装置如图3-1所示。索氏提取器是利用溶剂的回流及虹吸原理，使固体物质每次都被纯的热溶剂所萃取，减少了溶剂用量，缩短了提取时间，因而效率较高。萃取前，应先将固体物质研细，以增加溶剂浸溶面积。然后将研细的固体物质装入滤纸筒内，再置于抽提筒，烧瓶内盛溶剂，并与抽提筒相连，抽提筒索式提取器上端接冷凝管。溶剂受热沸腾，其蒸气沿抽提筒侧管上升至冷凝管，冷凝为液体，滴入滤纸筒中，并浸泡筒中样品。当液面超过虹吸管最高处时，即虹吸流回烧瓶，从而萃取溶于溶剂的部分物质。如此多次重复，把要提取的物质富集于烧瓶内。提取液经浓缩除去溶剂后，即得产物，必要时可用其他方法进一步纯化。
图3-1 索氏提取器
（2）升华装置（图3-2）
图3-2 各类升华装置
（1）咖啡因的提取
称取5g干茶叶，装入滤纸筒内，轻轻压实，滤纸筒上口塞一团脱脂棉，置于抽提筒中，圆底烧瓶内加人60～80mL95%乙醇，加热乙醇至沸，连续抽提1h，待冷凝液刚刚虹吸下去时，立即停止加热。
将仪器改装成蒸馏装置，加热回收大部分乙醇。然后将残留液（大约10～15mL）倾入蒸发皿中，烧瓶用少量乙醇洗涤，洗涤液也倒入蒸发皿中，蒸发至近干。加入4g生石灰粉，搅拌均匀，用电热套加热（～V），蒸发至干，除去全部水分。冷却后，擦去沾在蒸发皿边上的粉末，以免升华时污染产物。
将一张刺有许多小孔的圆形滤纸盖在蒸发皿上，取一只大小合适的玻璃漏斗罩于其上，漏斗颈部疏松地塞一团棉花。
用电热套小心加热蒸发皿，慢慢升高温度，使咖啡因升华。咖啡因通过滤纸孔遇到漏斗内壁凝为固体，附着于漏斗内壁和滤纸上。当纸上出现白色针状晶体时，暂停加热，冷至℃左右，揭开漏斗和滤纸，仔细用小刀把附着于滤纸及漏斗壁上的咖啡因刮入表面皿中。将蒸发皿内的残渣加以搅拌，重新放好滤纸和漏斗，用较高的温度再加热升华一次。此时，温度也不宜太高，否则蒸发皿内大量冒烟，产品既受污染又遭损失。合并两次升华所收集的咖啡因，测定熔点。