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咖啡碱是嘌呤型生物碱，分子式C8H10N4O2。存在于茶叶、咖啡和可可中。又称咖啡因。

重升华制得的咖啡碱为六角形棱柱状晶体；熔点238℃（178℃升华）；溶于水、乙醇、丙酮和氯仿，易溶于吡啶、四氢呋喃和乙酸乙酯，微溶于乙醚和苯。咖啡碱的盐酸盐、硫酸盐、磷酸盐均易溶于水或乙醇，并分解成游离碱和酸。其盐酸盐在80～100℃分解。

咖啡碱具有兴奋中枢神经系统的作用，医药上可用作心脏和呼吸兴奋剂，并为利尿合剂的成分之一。咖啡碱是重要的解热镇痛剂，是复方阿司匹林和氨非加的主要成分之一。美国等国家咖啡碱大量用作可乐等饮料的添加剂。

茶叶中的生物碱，包括咖啡碱（咖啡因）、茶碱、可可碱。这三者虽然同属生物碱，但还是有不小的区别的。

咖啡碱和茶碱，还有那个会害死汪星人的可可碱，同属于甲基黄嘌呤碱类，但无论是分子结构还是生理作用均略有不同。从结构上看，茶碱和可可碱比咖啡碱少一个甲基，而对人体的兴奋作用也都比咖啡碱温和许多。

虽然茶碱以“茶”命名，但茶碱和可可碱在茶叶中的含量跟咖啡因相比，简直不足一提，不足咖啡碱的千分之一。咖啡豆里咖啡碱含量为1%~2%，茶叶里咖啡碱含量是2%~4%（最高可达5.5%），比咖啡豆还多一倍以上，所以它又被称为“茶素”。

咖啡碱为什么不能叫茶碱？

既然茶中的咖啡碱含量这么高，那为什么茶叶中的“咖啡碱”不叫“茶碱”呢？因为按科学界的惯例，最先在哪个物种中发现就冠以该物种为俗名，这个成分最先是在咖啡中被发现的，所以被叫作咖啡碱，也叫咖啡因。

1820年P.-J.佩尔蒂埃首次在咖啡豆中发现咖啡碱。直到1827年，人们才在茶叶中发现咖啡碱，终于认识了这个让人兴奋、推动茶叶普及的功臣。

今天，我们也把咖啡碱作为认定茶类植物的特征性成分，可用以鉴别真假茶。如果咖啡碱含量超过0.1%或者0.2%，基本上就可以认定是茶类植物。含有咖啡碱的植物很少，除茶叶和咖啡外，还有可可、冬杏等，但以茶叶中的含量最高。