luận văn công nghệ hóa học Tìm hiểu về hoá chất Alkaloid

Một số alkaloid có tácdụng dược lý rất mạnh do vậy trước đây các dược liệu chứa alkaloid hoặc cácdịch chiết, thuốc ngâm rượu của chúng được sử dụng khá phổ biến.. Ở nhiều nước, nơi mà vi

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

1.Khái Niệm chung về alkaloid 4

2 Trạng thái thiên nhiên 4

3.cấu trúc và phân loại 5

3.1 Alkaloid không chứa nhân dị vòng 6

3.2 Alkaloid có Nito ở dị vòng 9

3.2.1 Alkaloid chứa nhân pyrindin và piperidin 9

3.2.2 Alkaloid chứa nhân tropan 10

3.2.3 Alkaloid chứa nhân Quinolin 10

3.2.4 Alkaloid chứa nhân isoquinolin 12

3.2.5.Ankaloid chứa nhân indol 15

3.3 Terpen-Alkaloid 21

3.4 Steroid- alkaloid 22

4.Tính chất của các Alkaloid 24

4.1.Tính chất vật lý 24

4.2.Tính chất hóa học 24

5 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT VÀ PHÂN LẬP CÁC ALKALOID 25

5.1 phương pháp chiết 25

5.1.1 Chiết đơn 25

5.1.2 Chiết đa bậc 28

5.1.3 Sử dụng dung môi cho quá trình chiết 29

5.2 Phân lập và tinh chế các alkaloid 30

5.2.1.phương pháp sắc ký lỏng 31

5.2.2 Phương pháp sắc ký nhanh (Flash chromatography - FC) 36

5.2.3 Kỹ thuật sắc ký građien gia tốc (Accelerating gradient chromato-graphy - AGC) 38

6 Các phương pháp định tính và định lượng ankaloid 40

6.1.Các phương pháp định tính ankaloid 40

6.1.1 Định tính ankaloid bằng phương pháp hóa học 40

6.1.2 Định tính bằng sắc ký lớp mỏng 41

6.2 Các phương pháp định lượng Ankaloid 42

6.2.1 Phương pháp cân 42

6.2.2 Phương pháp acid-base 43

6.2.3 Phương pháp so màu 44

6.2.4 Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 45

7 Tác dụng sinh học, dược lý và công dụng 46

7.1 Một số tropan–alkaloid 46

7.2.Một số morphinan-Alkaloid 46

7.3.Một số Protoberberin-alkaloid 47

7.4.Một số Cinchona-alkaloid 47

Tài Liệu Tham Khảo 48

KẾT LUẬN 48

MỞ ĐẦU

Các alkaloid tạo thành một lớp lớn các bazơ hữu cơ thiên nhiên chúng cóthể rất khác biệt nhau về mặt hóa học và sinh học Cho tới nay đã có trên 10.000alkaloid với các dạng cấu trúc khác nhau được biết đến và định rõ các đặc điểm Đặc biệt lý thú là hoạt tính sinh học của các alkaloid Một số alkaloid có tácdụng dược lý rất mạnh do vậy trước đây các dược liệu chứa alkaloid hoặc cácdịch chiết, thuốc ngâm rượu của chúng được sử dụng khá phổ biến Ngoài raalkaloid còn là những chất mẫu lý tưởng để phát triển vô số loại thuốc tổng hợp

Ở nhiều nước, nơi mà việc sử dụng thuốc thảo mộc (các cây chứaalkaloid, v.v…) là phổ biến thì các kết quả trị liệu nhờ các chất tự nhiên để chữamột số bệnh nhất định cho tới nay không có gì có thể vượt qua được

Đối với các nước đang phát triển, việc quan tâm đến các thuốc thảo mộc có

xu thế ngày càng tăng Đặc biệt các xí nghiệp dược phẩm hiện đại rất quan tâmđến các hợp chất thiên nhiên mới có tiềm tàng khả năng chữa bệnh Một số chấtthiên nhiên loại này cũng có thể là các mô hình tổng hợp thích hợp với triểnvọng đạt kết quả cao trong việc điều chế những hợp chất có cấu trúc tương tựnhưng chứa đựng nhiều tính chất ưu việt trong ứng dụng và phù hợp với môitrường hơn

Chính vì nhưng đặc tính quan trọng của alkaloid vừa nêu ở trên mà tôi đãđược thầy Nguyễn Tuấn Anh giao nhiệm vụ tìm hiểu về lớp chất Alkaloid cóhoạt tính sinh học

1.Khái Niệm chung về alkaloid

 Alkaloid là những hợp chất hữu cơ có chứa nitơ, đa số có nhân dị vòng,

có phản ứng kiềm, thường gặp trong thực vật và đôi khi có trong độngvật, thường có dược tính mạnh và cho những phản ứng hóa học với một

số thuốc thử chung của alkaloid.

 Các hợp chất alkaloid đơn giản nhỏ hơn 10 nguyên tử cacbon, các hợpchất alkaloid phức tạp chứa trên 50 nguyên tử cacbon

 Trong thành phần các alkaloid ngoài các nguyên tử cacbon, hydro, nito,thường còn có oxy trong các nhóm hydroxyl, metoxyl, ester, ete, lacton,cacboxyl

 Hiện nay người ta đã biết khoảng 1000 alkaloid nhưng chỉ xác định đượccấu tạo của khoảng 200 chất

2 Trạng thái thiên nhiên

Alkaloid phân bố ở cả trong động vật và thực vật Phần lớn alkaloid có trongthực vật

Trong thực vật bậc cao có:

 Cây hai lá mầm: alkaloid tập trung ở một số họ như họ Cà phê, họThuốc phiên, họ Mã tiền, họ Trúc đào, họ Cà…

 Cây một lá mầm: phần lớn alkaloid tập trung ở họ Hành tỏi

Trong thực vật bậc thấp alkaloid có trong một số loài nấm

Alkaloid tập trung ở một số bộ phận nhất định của cây:

 Hạt: Mã tiền, Cà phê, Cola….

 Quả: Ớt, Hồ tiêu, Thuốc phiện….

 Hoa: Cà độc dược

 Thân, vỏ thân: Ma hồng, Canhkina…

 Rễ: Lựu, Ba gạc…

 Củ: Bình vôi, Ô dầu…

Trong cây thường chứa các hỗn hợp alkaloid, rất ít khi chỉ có một alkaloidduy nhất

Alkaloid tồn tại trong cây ở dạng muối với:

 Acid hữu cơ: xitrat, oxalate;

 Acid vô cơ

 Tanin

 Đường (dạng glycoalkaloid)

Hàm lượng alkaloid trong cây thường rất thấp cỡ 1%- 3% trừ một số trường hợpnhư trong cây thuốc phiện hàm lượng cỡ 20%- 30%, trong cây Canhkina hàmlượng cỡ 7%- 10% Hàm lượng alkaloid trong cây phụ thuộc vào nhiều yếu tốnhư khí hậu, thổ nhưỡng, ánh sáng, giống cây, bộ phận của cây và thời kì thu hỏi

3.cấu trúc và phân loại

Cách phân loại tạm thời được chấp nhận là phân loại hóa học dựa trên cơ

sở cấu tạo của các nhóm chứa cacbon- nito trong phân tử alkaloid

Phân loại alkaloid thành các nhóm sau:

 Alkaloid chứa nitơ ngoài vòng;

 Dẫn xuất của pyrrol

 Dẫn xuất 1- metyl pyrolizidin

 Dẫn xuất pyridine và pyperidin

 Các hợp chất chứa vòng nito 5 cạnh, 6 cạnh không ngưng tụ

 Các hợp chất chứa vòng nito 5 cạnh, 6 cạnh ngưng tụ (nhómtropan)

 Hợp chất chứa 2 vòng pyperidin ngưng tụ

3.1 Alkaloid không chứa nhân dị vòng.

Những alkaloid xếp vào nhóm này đều chứa Nito nằm ở mạch nhánh, nhóm này gọi là “proto alkaloid”

3.2 Alkaloid có Nito ở dị vòng

3.2.1 Alkaloid chứa nhân pyrindin và piperidin

Ví dụ:

 Coniin trong conium maculatum

 Arecolin trong Areca catechu

 Lobelin trong Lobelia inflata

 Nicotin trong Nicotiana tabacum

 Aanabasin trong Nicotiana glauca

 Piperin trong piper nigrum

 Ricinin trong Ricinus communis

3.2.2 Alkaloid chứa nhân tropan

Ví dụ: Hyoscyamin, atropin, tropin, scopolamin… có trong các cây ở chi Atropa, Datura, Hyoscyamus, Duboisia, Mandragora và Scololia, cocain trong lá coca

3.2.3 Alkaloid chứa nhân Quinolin

Quinin, quinidin, cinchonin, cinchonidin…có trong vỏ các loài canhkina, Remijia ssp, Cusparin trong vỏ cây cusparia, Graveonin, Graveonilin trong Ruta greveolens

3.2.4 Alkaloid chứa nhân isoquinolin

Nhóm này có nhiều alkaloid được sử dụng trong điều trị Có thể chia ra làm 9 phân nhóm

3.2.4.4 Cấu trúc protoperperin

 Ví dụ: perperin trong Hoàng liên, hồng bỏ, vàng đắng, palmatin, Jatrrrzihin trong Jatrorrhiza palmata, Fibraurea recia, F.tinctotica

3.2.4.5 Cấu trúc protopin

 Ví dụ protopin, crypropin có trong thuốc phiện, muramin trong

papaver nudicaul var.amurense , coulteropin trong Roneya coulteri

3.2.4.6 Cấu trúc morphinan

 Ví dụ morphin, codein, thebain trong thuốc phiện

 Ví dụ: boldin trong lá peumus boldus, roemerin trong bình vôi,

nuciferin trong lá sen

3.2.5.Ankaloid chứa nhân indol

Đây là nhóm rât quan trọng vì có nhiều alkaloid được sử dụng trong điều trị Cóthể chia ra 12 phân nhóm

3.2.5.1 Cấu indolalkylamin

 Ví dụ: Serotonin có trong các mô động vật và có trong cây

Gossypium hirstum, paneolus foenescii, P.campalunatus

Bufotenin trong các loài cúc Bufo, trong Pitadenia macrocarpaLespedamin trong lespedeza bicolor var.Japonica

Psilocypin có trong nấm psilocybe aztecorum

3.2.5.2 Cấu trúc phisostigmin

 Ví dụ: physostigmin, Physovenin, Eseramin trong physostigma

 Ví dụ: Yohimbin, Reserpin, Ressinnamin, Ajmalicin trong một số loài ba gạc

3.2.5.6 Cấu trúc Sarpagin

 Ví dụ: - Trong một số loài ba gạc

- Vellosimin trong Vinca diffomis

- Akuamidin trong Picralima nitida

3.2.5.7 Cấu trúc Ajmalin

 Ví dụ: Ajmalin trong ba gạc , Vincarin và Vincamedin có trong một

số loài Vinca

3.2.5.8 Cấu trúc ellipticin

 Ví dụ: Ellipticin có trong cây ochrosia elliptica Olivacin có trong cây Aspidosperma olivaceum

3.2.5.9 Cấu trúc Vidolinin

 Ví dụ: Vindolinin trong dừa cạn

Tuboxenin trong Pleiocarpa tubiciana

3.2.5.10 Cấu trúc Strychnin

 Ví dụ: Strychnin, Brucin, α- colubrin, β-colubrin, Novacin,

Vomicin trong Mã Tiền

3.2.5.11 Cấu trúc dime

Nhóm này là những nhóm alkaloid có 2 vòng indol hoặc 2 vòng indolin hoặc 1 vòng indol và 1 vòng indolin gắn kết với nhau qua liên kết C-C hoặc C-N

Ví dụ: - Vinblastin, Vincrisitin trong cây dừa cạn

- Serpentinin trong rễ cây ba gạc Ấn Độ

- Folocanthin trong lá cây Calycanthus floridus

- C- toxifenin trong Strychnos floesii

3.2.5.12 Cấu trúc oxindol

 Ví dụ: - Gelsemin trong Gelseminum sempervirens

- Rotundifolin trong cây Mitragyna rotundifolia

- Mitraphyllin trong 1 số loài uncaria

3.3 Terpen-Alkaloid

 Cho tới nay mới thấy rất ít alkaloid có cấu trúc monoterpen và

sesquiterpen Cấu trúc diterpen có nhiều hơn thường tập trung ở chiAconitum và Delphinium Ví dụ: Napellin, aconitin, hypaconitin trong một số loài Aconitum, delphinin, codelphin, ajaconin…có trong một số loài Delphinium

3.4 Steroid- alkaloid

 Các alkaloid có nhân Steroid thường có 1 hoặc 2 Nitơ trong mạch nhánh đã đúng vòng ở vị trí C-17 hoặc C-3 Chúng là dẫn chất của dãy cholestan ( khung có 27 cacbon) hoặc là dẫn chất của dãy pregnan ( khung có 21 cacbon, ít khi có 22, 23 cacbon ) Đã biết có hơn 200 alkaloid có cấu trúc steroid , chúng thường tập trung ở họ

cà (Solanaceae ), họ hành ( Liliaceae ), họ trúc đào (Apocynaceae), họ hoàng dương (Buxaceae)

 Ví dụ: - Solasodin, sonalidin ở một số loài Solanum

- Funtumin, Funtumidin ở trong Funtumia latifolia

- Conessin có trong Halarrhena antidysenterica

- Buxantil trong buxus sempervirens

4.Tính chất của các Alkaloid

4.1.Tính chất vật lý

 Các alkaloid chứa oxy thường là chất rắn, kết tinh được ví dụ: Morphin,

 Các alkaloid không có oxy thường là chất lỏng, bay hơi được và thườngbền ví dụ: Nicotin

 Thường không mùi, vị đắng, cay

 Không màu, một số ít có màu vàng

 Phần lớn alkaloid hoạt động quang học

 Độ tan của các alkaloid:

ether, chloroform, methanol, ethanol, benzene

hữu cơ

caffeine… Và một số alkaloid chứa phenol tan trong kiềm như morphin

5 PHƯƠNG PHÁP CHIẾT VÀ PHÂN LẬP CÁC ALKALOID

5.1 phương pháp chiết

5.1.1 Chiết đơn

Gọi dung môi để chiết là pha A, dung môi đang hòa tan các chất tan C1 và C2 là

dung môi B; các chất tan trong hai dung môi này lần lượt có các hệ số phân bốK1 và K2 Ở điều kiện lý tưởng, coi như không có sự chi phối giữa hai chất ta C1

và C2 khi phân bố vào hai pha lỏng Chúng ta có:

b = K1 Trong đó b là hệ số tách

K2Nếu b ³ 100 việc sử dụng chiết đơn có thể tách được riêng biệt C1 và C2.Đối với chất rắn việc chiết đơn được thực hiện bằng cách đun hồi lưu vớidung môi hoặc bằng một cách liên tục hơn là sử dụng các thiết bị chiết thấm(percolator) của Soxhlet hay Thielepape

chiết, chia lượng dung môi thành nhiều phần nhỏ và chiết nhiều lần Chiếtliên tục có thể sử dụng thiết bị chiết phun (perforator), cho phép chiết cảnhững chất với K < 1,5

Lợi thế của Soxhlet là nó là một quá trình liên tục gồm bay hơi dung môi,ngưng tụ, chiết, dịch chiết đổ vào nồi cất, dung môi tuần hoàn liên tục và

Soxhlet ít tốn thời gian và ít tốn dung môi hơn chiết bằng phương pháp thôngthường

Tuy nhiên, những bất lợi chính của Soxhlet là liên tục đun nóng ở nhiệt độsôi của dung môi được sử dụng, và điều này có thể làm hỏng các hợp chất khôngbền nhiệt

Sau quá trình chiết, để loại bỏ dung môi khỏi dịch chiết hiện nay thường

sử dụng máy cô quay Cấu tạo của máy cô quay:

1 Bình cơ

2 Động cơ quay bình cơ

3 Ống thủy tinh dẫn hơi dung môi bay lên và gắn vào trục xoay bình cơ

4 Hệ thống bơm hút chân không làm giảm áp suất trong máy

5 Bể nước nóng để làm nóng bình cơ

6 Sinh hàn

7 Bình hứng dung môi

0 100

So 0

8 Cơ cấu nâng, hạ bình cơ

5.1.2 Chiết đa bậc

Còn có thể gọi phương pháp này là “phân bố gia tăng” Được sử dụng khi

1 < b < 100 Sơ đồ kỹ thuật được mô tả như sau:

Lê Xuân Duy- lớp CN hóa dược-hóa chất BVTV.K53 Page 28

0 12,5

12,5

25 12,525

12,5 0

25 25

0 25

12,5 12,5

25 25

25 25

25 25

25 0

12,5 12,5 S2

U2

U3

Đồ án môn học – Tìm hiểu về hợp chất Alkaloid

Hình 2.3: Sơ đồ chiết đa bậc

Sn: dung môi pha trên

Un: dung môi pha dưới

S và U không trộn lẫn

Giả định K = 1 và khởi thủy 100 phần chất nằm ở cả pha trên và pha dướitrong phễu số 1 Thêm vào đó cùng thể tích dung môi (pha trên, So), lúc đạt cânbằng có 50 phần chất ở mỗi pha trên và dưới Đến đây xong bước phân bố thứnhất Pha trên giờ được chuyển qua phễu số 2 rồi thêm pha dưới mới U1; đồngthời thêm pha trên mới (S1) vào phễu số 1 Đến đây kết thúc bậc chuyển thứnhất Lại lập lại cân bằng rồi lại chuyển (bậc chuyển thứ hai).v.v… cuối cùng

lượng cực đại của chất sẽ nằm ở phễu có số thứ tự nằm ở giữa Nếu giá trị của K

ạ 1 lượng cực đại của chất sẽ nằm trong các phễu ở phía trước (với K < 1) hoặcnằm ở các phễu ở phía sau (với K > 1) Như vậy với hai chất C1 và C2 có K1 vàK2 thì chắc chắn lượng cực đại của chúng sẽ nằm trên các phễu khác nhau, tức làtách được chúng

Trong quá trình ứng dụng thực tế kỹ thuật có một số thay đổi, thôngthường chất được nạp vào hệ chiết dần dần sau từng bước và nạp vào giữa dàn

5.1.3 Sử dụng dung môi cho quá trình chiết

Giữa các dung môi với các lớp chất có một quan hệ ái lực, chủ yếu dựavào sự tương tự về cấu tạo hoặc độ điện ly Hóa học các hợp chất thiên nhiên đãtriệt để lợi dụng mối quan hệ này để chiết “phân đoạn” tách thụ một số lớp chất.Bảng kê dưới đây có thể được coi là một gợi ý cho việc lựa chọn để sử dụng cácdung môi trong quá trình chiết:

Lớp chất

Độ phân

(kỵ nước)Hidrocacbon

Ester

Alcohol, dioxan, acidacetic

Alcohol, nước

5.2 Phân lập và tinh chế các alkaloid

hữu cơ thường được dựng ở đây là: Hexan, benzen, ether, etylaxetat,methanol, axeton và chloroform Các alkaloid ít tan trong chloroform nóichung tan dễ trong dioxan nóng Nếu alkaloid tan nhiều trong các dungmôi khác nhau đã nêu trên thì việc phân tách chúng ra khá dễ dàng.Methanol hay ethanol là những dung môi duy nhất có thể phối hợp tốt vớichloroform; cũng hay sử dụng các hệ dung môi axetol - methanol;

etylaxetat - methanol; ether khan chỉ chứa vài phần trăm methanol vàhexan - ether khan Để có thể thu được những tinh thể alkaloid lớn nhất ta

đã sử dụng hỗn hợp methanol - nước và acetone - nước để tiến hành kếttinh Một số dung môi trước khi sử dụng phải làm sạch như: ether phảiđược khử peoxide và ethanol phải được loại bỏ acetone

hợp trong hỗn hợp có thể có một hoặc có nhiều cấu tử sẽ bay hơi Phươngpháp này có thể áp dụng Lupine và lycopodium

hợp có cấu tử tạo muối không tan

kiềm loãng bằng cacbon dioxide hoặc ammonium chloride

acetyl hóa, sau đó xử lý với axít vô cơ loãng Amin bậc 3 sẽ nằm trongphần dung dịch axít Amin bậc 2 nẵm dưới dạng dẫn xuất acetyl, để cóthể thu lại amin bậc 2 ta thủy phân bằng axít nhẹ

 Nhiệt độ nóng chảy và độ quay cực là hai tiêu chuẩn quan trọng để xácđịnh độ tinh khiết của 1 alkaloid Hoạt độ quang học của alkaloid phụthuộc vào dung môi vào nồng độ alkaloid

5.2.1.phương pháp sắc ký lỏng

các chất trong hỗn hợp khi pha động cùng với hỗn hợp chất cần phân tách

đi xuyên qua pha tĩnh Cơ sở lý thuyết của quá trình này được giải thích là

do khác biệt về sự phân bố của từng chất giữa pha tĩnh và pha động

có nhiều phương pháp phân loại các loại hình sắc ký khác nhau Cáchphân biệt lớn nhất và hay được sử dụng nhất là dựa vào trạng thái của pha