Исследовательская работа Выделение алкалоидов изохинолинового ряда из Hylomecon Vernalis Maxim
Конкурс исследовательских работ в рамках
Малой академии наук школьников Республики Башкортостан
Химия
Исследовательская работа
Выделение алкалоидов изохинолинового ряда из
Hylomecon Vernalis Maxim
Салимова Ксения Сергеевна
Султанянов Александр Тарасович
МБОУ Лицей №60, 10 А класс.
Руководители:
Юмадилова Лилия Шарифулловна, учитель химии МБОУ лицей № 60,
Чернуха Елена Викторовна, научный руководитель, к.х.н., н.с. ИНК РАН.
Уфа 2016
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1.1. Понятие об алкалоидах, историческая справка, выделение, 4
общие свойства, общая классификация, синтез алкалоидов
в природе
1.2. История открытия алкалоидов 10
1.3. Алкалоиды изохинолинового ряда: содержание,
биологические и химические свойства 14
2. Экспериментальная часть 19
2.1. Подготовка исходных веществ и растворителей 19
2.2. Экстракция алкалоидов из растительного сырья 19
2.3. Разделение суммы алкалоидов на фенольную и нефенольную 20 фракции
2.4. Разделение суммы нефенольных алкалоидов 20
3. Обсуждения результатов 22
4. Выводы 28
5.Список литературы 29
6. Приложение 30
1.ВВЕДЕНИЕ
Использование в качестве лекарственных препаратов природных соединений растительного происхождения имеет ряд неоспоримых преимуществ перед синтетическими. Они издавна применяются в народной медицине, обладают высокой физиологической активностью, для их получения используется доступное возобновляемое сырье и более экологически приемлемые способы производства.
В настоящее время около 30% всех препаратов, применяющихся в современной медицине, составляют лекарственные вещества растительного происхождения. В тоже время известно, что даже близкородственные виды растений могут сильно отличаться по природе синтезируемых вторичных метаболитов. К настоящему времени из 750 тысяч видов растений химически исследованы лишь около 7%.
Интерес исследователей к такому классу вторичных метаболитов как изохинолиновые алкалоиды вызван обнаружением у них широкого спектра физиологической активности, такой как противомикробной, спазмолитической, противовоспалительной, желчегонной, гипотензивной. Наиболее богатыми источниками изохинолиновых алкалоидов являются растения семейства маковых ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] Papaveraceae).Однако изменение условий произрастания и климатических факторов может привести к образованию структурных аналогов с сохранением основного скелета.
Актуальность нашей работы заключалась в том, что из выделенных нами алкалоидов, можно получить натуральные лекарственные препараты. Натуральные лекарственные препараты, в сравнении с их синтетическими аналогами, имеют ряд неоспоримых преимуществ: низкая токсичность, доступность производственного сырья, лёгкое производство.
Объектом нашего исследования являлась подземная часть растения Hylomecon Vernalis Maxim (Мак лесной весенний).
Целью работы данной работы являлось выделение алкалоидов изохинолиновой структуры, содержащихся в Hylomecon vernalis Maxim, произрастающем в Приморском крае, и их идентификация с привлечением современных физико- химических методов исследования.
Задачи:
Экстракцией корней Hylomecon vernalis Maxim получить сумму алкалоидов изохинолиновой структуры
Разделить сумму алкалоидов на фенольную и не фенольную составляющие
Выделить и идентифицировать из не фенольной фракции индивидуальные соединения
1.1. Понятие об алкалоидах, историческая справка, выделение, общие свойства, общая классификация, синтез алкалоидов в природе
Понятие об алкалоидах
Дать определение алкалоидам – весьма трудная задача. Это связано с широким структурным разнообразием, не свойственным ни одному классу других природных соединений: стероидам, терпеноидам, флавоноидам и др. Термин «алкалоиды» был предложен в 1819 г фармацевтом В. Мейсснером и означает «подобный щелочи». Алкалоиды издавна привлекали исследователей ввиду их разнообразного физиологического действия, и химия алкалоидов, по всей видимости, является наиболее древним разделом химии природных соединений. В настоящее время описано свыше 10 тысяч различных алкалоидов, для многих из них полностью установлено химическое строение.
С давних пор человечеству известны фармакологические свойства веществ этого типа: хинин, извлекаемый из коры хинного дерева, применялся для лечения малярии с 1639 г; морфин – главный алкалоид мака снотворного, широко использовался в Древнем Египте в качестве лекарственного вещества, помогающего справиться с острой физической болью.
При большом общем количестве представителей этого класса природных соединений, распространены они далеко не повсеместно: единичны случаи нахождения алкалоидов в царстве животных и морских организмах.
Наиболее широко алкалоиды представлены в растительном мире соединениями изохинолиновой структуры. Они содержатся в растениях 30 семейств и включают более 1000 представителей. Естественно, что такое большое количество алкалоидов с изохинолиновым ядром и их широкое распространение среди растительных семейств, влечет за собой большое разнообразие структурных типов этой алкалоидной группы.
Спектр биологической активности изохинолиновых алкалоидов достаточно широкий: они проявляют противомикробное, спазмолитическое, гипотензивное, противовоспалительное действие; а такая подгруппа изохинолиновых алкалоидов как морфинановые, известна своими уникальными анастетическими и противовоспалительными свойствами.
Алкалоидами называют группу азотистых соединений, обладающих основными свойствами и встречающихся, преимущественно, в растениях; алкалоиды характеризуются в большинстве случаев сложным строением и обычно содержат в своих молекулах гетероциклы. Многие алкалоиды обладают сильным физиологическим действием: в больших дозах они являются ядами, а в малых их часто применяют как ценные лекарственные вещества.
Под «настоящими» алкалоидами понимают соединения, удовлетворяющие следующим требованиям:
Азотсодержащие гетероциклические соединения;
Сложная структура;
Выраженные фармакологические свойства;
Обнаружены в растениях.
Алкалоиды находятся в растениях в виде солей связанных с различными органическими кислотами.
К алкалоидам, несомненно, следует относить и некоторые амиды. Так, бензофенантридиновые алкалоиды, могут встречаться в основной форме, например, хелидонин (1), т.е. проявлять щелочные свойства, но существуют соединения этой же группы с карбонильной функцией у С6 (оксихелидонин), которые не обладают основными свойствами. Эти же алкалоиды встречаются в виде четвертичных солей - сангвинарин (2).
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
Нередко алкалоиды представлены окисями третичных аминов, что особенно характерно для пирролизидиновых алкалоидов.
В природе алкалоиды встречаются в виде агликонов при сахарной части, наиболее часто они представлены стероидными алкалоидами. Около 40% из всех растительный семейств содержат хотя бы один алкалоидоносный вид, а из 10 тыс. растительных родов лишь 9% являются алкалоидоносными.
Однако не все азотсодержащие природные основания относят к алкалоидам, как например, метиламин или триметиламин и т.д. хотя они и встречаются в растениях. Аналогичная ситуация и у алифатических аминокислот основного характера как, например,
·-диаминомасляная кислота или канаванин (3).
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
С другой стороны отдельные протеиногенные амины, к примеру, тирамин, горденин (4) и трихоцереин (5)относят к алкалоидам.
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
Алкалоиды широко распространены в растительном мире. Некоторые семейства растений особенно богаты алкалоидами, например маковые, пасленовые и ряд других. В большинстве случаев алкалоиды встречаются группами, причем представители такой группы часто имеют сходное химическое строение. В растениях алкалоиды обычно встречаются в виде солей с органическими кислотами – щавелевой, яблочной, виноградной, лимонной и др. Свободные алкалоиды (выделенные из солей) часто называют алкалоидами-основаниями.
Химическое родство алкалоидов одного растения (за редким исключением) зачастую облегчает установление их структуры. Это прежде всего относится к алкалоидам сложного строения, например таких как аконитин, стрихнин.
Алкалоиды могут локализоваться в различных органах растений - корнях, листьях, коре, стеблях, цветках, плодах и семенах. Причем, в зависимости от периода вегетации они появляются, либо исчезают в том или ином органе. Это относится как к сумме алкалоидов, так и к отдельным представителям. Как правило, на ранней стадии вегетации алкалоиды накапливаются в наземной части (листья, стебли), а в поздний период в корнях и коре, что может говорить о важной функции алкалоидов в растениях. Качественный и количественный состав алкалоидов зачастую зависит и от места произрастания и климатических условий [1].
Выделение
При планировании выделения алкалоидов из растений следует учитывать, что многие их соли хорошо растворимы в воде, свободные же алкалоиды-основания плохо растворимы в воде, но хорошо растворимы в спирте, эфире и хлороформе.
Для выделения алкалоидов измельченные растения непосредственно обрабатывают щелочами, а затем извлекают выделенные алкалоиды-основания хлороформом, эфиром и др. Существуют и другие способы. Так иногда из растворов солей алкалоидов последние для очистки выделяют путем осаждения различными реактивами.
Общие свойства алкалоидов
Большинство алкалоидов-твердые вещества, хотя иногда встречаются и жидкие, например никотин. Большинство алкалоидов-оснований трудно растворяется в воде, легко в кислотах, а также в органических растворителях. Соли алкалоидов обычно хорошо растворимы в воде, за исключением некоторых. Существует ряд реакций, носящих название алкалоидных; при помощи этих реакций можно осадить алкалоиды для их обнаружения и выделения.
Реакции осаждения
Реакции осаждения алкалоидов основаны либо на образовании нерастворимых солей, либо нерастворимых двойных солей.
1.Образование нерастворимых простых солей.
а) Реакция с танином. При добавлении к раствору соли алкалоида раствора танина выпадает осадок. В ходе этой реакции образуется нерастворимая соль алкалоида и танина, имеющего кислотные свойства. Реакция имеет большое практическое значение: при отравлении алкалоидами пострадавшему дают пить раствор танина или просто крепкий чай, содержащий много дубильных веществ.
б) Реакция с пикриновой кислотой. Растворы солей алкалоидов дают с пикриновой кислотой желтый осадок. В данном случае сущность реакции точно так же сводится к образованию обычной соли алкалоида и пикриновой кислоты.
в) Реакции с фосфорновольфрамовой и фосфорномолибденовой кислотами приводят к выпадению в осадок нерастворимых солей алкалоидов и названных кислот.
2.Образование двойных (комплексных) солей.
а) Реакция с хлоридом ртути (II) (сулемой) HgCl2. Алкалоиды дают нерастворимые в воде соли с HgCl2.
б) Реакция с раствором йода в растворе йодида калия. Указанный реактив (I2+KIKI3) осаждает шоколадно-коричневый осадок двойной соли алкалоидов.
в) Реакция с раствором йодида висмута в растворе йодида калия (BiI3+KI) протекает аналогично предыдущей. Применяемый при этом реактив часто называют реактивом Драгендорфа.
Цветные реакции
Помимо реакций осаждения, для обнаружения алкалоидов часто применяют цветные реакции. Окрашивание растворов, содержащих некоторые алкалоиды, происходит при действии серной, азотной кислот и некоторых других реактивов.
Многие реакции осаждения и окрашивания алкалоидов обусловлены наличием в них гетероциклических соединений. Так как гетероциклы содержатся также в белковых веществах, так называемые алкалоидные реакции неспецифичны для алкалоидов [2].
Классификация
Для удобства изучения алкалоиды делят на группы. Раньше, когда химическое строение алкалоидов было малоизвестным, их делили на группы в зависимости от тех растений, из которых их получали. Так, например, выделяли группы алкалоидов хинной коры, мака и др.
В настоящее время в связи с выяснением строения большого числа алкалоидов чаще пользуются химической классификацией. Большинство алкалоидов, содержащих в своих молекулах гетероциклы, делят на группы в зависимости от структуры присутствующих гетероциклов. Так, например, различают алкалоиды группы пиридина (в эту группу входит никотин), алкалоиды группы хинолина (в эту группу входит хинин) и т.д. К алкалоидным часто относят метилированные производные ксантина, например теобромин и кофеин, как производные пурина. Эту группу алкалоидов называют алкалоидами группы пурина.
Некоторые учёные относят к алкалоидам и другие азотосодержащие вещества, обладающие основными свойствами и сильным сходным с алкалоидами физиологическим действием, но не содержащие гетероциклов. Примером таких алкалоидов являются алкалоиды группы фенилэтиламина C6H5-CH2-CH2-NH2. В качестве представителя этой группы можно привести адреналин C6H3(OH)2-CH(OH)-CH2-NH(CH3) [3].
1.2. История открытия алкалоидов
Во второй половине 18 века и в начале 19 века при изучении химического состава растений были выделены относительно сложные производные гетероциклов, получившие впоследствии объединяющее название «алкалоиды».
Морфин
Первым из алкалоидов был открыт морфин, выделенный из опия Деросном (1803), а затем рядом других химиков. Деросн обнаружил, что выделенное им вещество обладает более сильным снотворным действием, чем сам опий. В процессе выделения действующего начала опия Дерсон применял щелочь, а затем полученную им соль ему никак не удавалось освободить от примеси щелочи, поэтому он пришел к выводу, что находящееся в опиуме вещество представляет собою «кислую соль».
В 1806 году Сертюрнер сообщил о выделении из опия некого кристаллического тела, которое обладает снотворным действием и в опии образует соль с «меконовой» кислотой. Растительные основания привлекли внимание химиков лишь после второй работы Сертюрнера (1817) «О морфии, новом солеобразующем основании, и меконовой кислоте как главных составных частях опиума». Сертюрнер полагал, что кристаллическое вещество, выделенное Деросном, представляет собою меконокислый морфий. Робике (1817), однако, показал, что в опиуме имеются два основания: морфин (название, предложенное Гей-Люссаком вместо прежнего «морфий») и наркотин, который также был, по-видимому, получен Деросном в 1803г. Впоследствии Робике (1832) выделил из опия и кодеин. Папаверин был открыт Мерком (1848), а тебаин Тибумери (1835).
В 1925г. Робинсон и Галланд установили строение морфина (6), в основе которого лежит следующая изохинолино-фенантреновая группировка:
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
Синтезирован он был в 1952 году (Гейтс и Тшуди).
Таким образом, морфин был первым алкалоидом установленной структуры, в котором был обнаружен азот (Бюсси, 1822), до этого его присутствие приписывали примесям.
Морфин более 150 лет применяется в медицине в качестве болеутоляющего средства и до последнего времени остается одним из лучших анальгетиков. Максимальная доза для человека – 30 мг. Однако наблюдается привыкание к препарату (морфинизм), что является серьезным недостатком морфина, как лекарственного средства. Другими недостатками морфина являются угнетение дыхания и умственной деятельности.
Никотин. Кокаин
Никотин был открыт еще в 1827 г. Гизеке в вытяжке из болиголова (Cnium maculatum), а в 1881 г. Гофман установил его структурную формулу и отношение к группе пиридиновых алкалоидов.
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
Правильная структурная формула никотина предложена Пиннером (1891); она была подтверждена синтезом этого алкалоида, осуществленным Пикте (1903).
Окислением никотина Хуберт (1867) получил никотиновую кислоту. Скрауп и Лобенцль (1883) установили строение пиридикарбоновых кислот (пиколиновой и никотиновой) получением их окислением хинолина и изохинолина.
К алкалоидам пиперидин-пирролидиновой группы принадлежит алкалоид кокаин (8). После нескольких неудачных попыток выделить его из листьев колы это удалось Ниману (1860). Вёлер и Лоссен предложили (1862) эмпирическую формулу кокаина С16Н20О4N, допустив ошибку только в определение числа атомов водорода (должно быть Н21, а не Н20). Либерман и Гизель (1890) усовершенствовали способ получения кокаина из листьев колы и тем открыли путь к промышленному производству этого алкалоида.
Впервые правильную структурную формулу кокаина предложил Вильштеттер (1897); он подтвердил её в 1923 году 18-ступенчатым синтезом этого алкалоида [4].
Стрихнин и бруцин
К производным индола с насыщенным азотсодержащим гетероциклом можно отнести алкалоид стрихнин. Алкалоиды стрихнин (9) и бруцин (10) (диметоксильное производное стрихнина) были выделены Пеллетье и Каванту (1818 ) из «рвотных орешков» - семян одного ядовитого индонезийского растения. Систематические структурные исследования этих алкалоидов начались с работ Тафеля (с 1890г.) и Лейкса (с 1908г.). К 1910г. относится первая обощающая работа по изучению строения этих алкалоидов Перкина-младшего и Робинсона. После смерти Перкина в 1924г. исследование стрихнина продолжал Робинсон, который, наконец, в 1945г. установил правильную структурную формулу этого алкалоида. Синтезирован стрихнин Вудвордом в 1945г. Это был, конечно, очередной триумф органического синтеза.
Оба упомянутых выше алкалоида высокотоксичны, однако, стрихнин в малых дозах (0.001-0.005г.) обладает ценными терапевтическими свойствами – возбуждает центральную нервную систему. Благодаря этому он используется в медицине в качестве «тонизирующего» средства, т.е. применяется при ослаблении дыхания, слабости сердца и т.д. Из 1 т рвотного ореха получают 10 – 15 кг стрихнина и столько же бруцина. Бруцин находит применение в аналитической химии для определения нитрат иона – даже со следами азотной кислоты бруцин дает интенсивное оранжево – красное окрашивание.
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
Кониин
Алкалоид кониин (11) интересен прежде всего в историческом плане тем, что он явился причиной смерти Сократа в 400 г. до н.э., когда он выпил чай, приготовленный из высокотоксичного растения Conium maculatum L. (болиголова). Выделен кониин Гизеке в 1826 г., строение установлено Гофманом в 1881 г. Конин - первый алкалоид, синтез которого осуществил Ладенбург в 1886 г .
Содержание алкалоидов в растениях колеблется от нескольких сотых процентов до нескольких процентов от веса воздушно сухого растительного сырья. В редких случаях этот процент может достигать достаточно больших значений, как, например, а растениях рода Trachelanthus (семейство Boraginaceae) – 7 – 18% [1].
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
1.3. Алкалоиды изохинолинового ряда: содержание, биологические и химические свойства
Алкалоиды изохинолинового ряда содержат в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] остатки 1,2,3,4-тетрагидроизохинолина, значительно реже - 3,4-дигидроизохинолина или [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Обнаружены в растениях 30 семейств. Наиболее богаты ими растения семейства анноновых (Annonaceae), барбарисовых (Berberidaceae), дымянковых (Fumariaceae), гернандиевых (Hernandiaceae), лавровых (Lauraceae), магнолиевых (Magnoliaceae), луносемянниковых (Menispermaceae), монимисвых (Monimiaceae), маковых (Papaveraceae), лютиковых (Ranunculaceae).
Изохинолиновые алкалоиды включают более 1000 представителей, которые содержат от 10 до 42 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] углерода. Выделяют следующие основные группы [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]: простые [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (например, корипаллин, формула 12), 1-бензилизохинолины (папаверин, 13), апорфины (глауцин, 14), проапорфины (пронуциферин, 15), протоберберины (берберин), бензофенантридины (сангвинарин, 2), павины (аргемонин, 16), фталидизохинолины (наркотин, 17), спиробензилизохинолины (охотенсимин, 18), 2-бензилтетрагидроизохинолины, 1-фенил – и 4 фенилтетрагидро-изохинолины, азофлуорантены (руфесцин, 19), дибензопирроколины (криптаустолин, 20), трополоизохинолины (имерубрин, 21).
Фенантреновые основания (таликтуберин, 22), протопиновые основания (протопин, 23) и аристолактамы (дорифлавин, 24) не имеют изохинолиновой системы, но также относятся к изохинолиновым основаниям, с которыми биогенетически тесно связаны.
Димерные и тримерные основания, например, пилоцереин (25).
Наиболее многочисленны группы апорфинов и димерных оснований. Последние включают более 250 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], образующихся в результате окислительной [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] бензилизохинолинов (как, например, тетрандрин, 26), бензилизохинолинов с апорфинами (таликарпин, 27), проапорфинами, оксоапрофинами, а также апорфинов (бисапорфины), апорфинов с павинами (пенсилпавин, 28).
Многообразие димерных [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] обусловлено [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] мостиков и их положением в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Многие изохинолиновые алкалоиды обладают противомикробной, спазмолитической, гипотензивной, желчегонной или противовоспалительной [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].[5]
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Подготовка исходных веществ и растворителей
Ацетон. Сушат безводным поташом при нагревании с обратным холодильником в течение нескольких часов. Растворитель сливают и перегоняют над свежей порцией поташа, отбирают фракцию с tкип = 56,2 єС.
Хлористый метилен. Очищают перегонкой над P2O5, отбирая фракцию с t кип = 40 – 41 єС.
Метанол. В колбу, снабженную обратным холодильником, защищенным хлоркальциевой трубкой, помещают 5г магниевой стружки, 0,5 г йода и 75 мл 90% метилового спирта. Смесь нагревают до начала бурной реакции. Затем добавляют еще 900 мл спирта. Смесь кипятят 1 час, затем метанол отгоняют, отбирая фракцию с t кип = 64,5 єС.
2.2. Экстракция алкалоидов из растительного сырья
Объектом нашего изучения служили корни Hylomecon vernalis Maxim, собранные в Приморском крае в широколиственном лесу на полуострове Муравьева – Амурского в мае 2008 года.
Измельченные корни мака лесного весеннего (чистотела) массой 300 г заливали смесью ацетон–вода (4:1) при комнатной температуре и извлекали сумму органических соединений методом настаивания из расчета на 1 часть сырья – 5 частей растворителя в течение 12 часов. Операцию настаивания повторяли до тех пор, пока проба на присутствие алкалоидов не давала отрицательного результата – 5 раз.
Операцию настаивания проводили 5 раз, после чего проба на алкалоиды была отрицательной.
Пробу на присутствие алкалоидов проводили следующим образом: 5 г шрота заливали 5% H2SO4 и настаивали в течение 2 часов, затем добавляли 1-2 капли водного раствора кремнийвольфрамовой кислоты. Отсутствие образования творожистого осадка свидетельствовало о полном извлечении алкалоидов из шрота.
Водно – ацетоновый экстракт профильтровали на воронке Бюхнера и довели объем раствора до 1 литра упариванием ацетона при пониженном давлении.
2.3. Разделение суммы алкалоидов на фенольную и нефенольную фракции
Сумму экстрактивных веществ подкисляли 10% HCl до рН = 3 (А). Примеси неалкалоидного характера экстрагировали из кислого раствора хлористым метиленом (органический слой В). Неорганический кислый раствор (С – после экстракции неалкалоидных веществ) подщелачивали 10% КОН до рН = 13 и экстрагировали хлористым метиленом (3Ч200мл). Органический слой (Е) профильтровали, растворитель отогнали при пониженном давлении и в остатке получили сумму алкалоидов не фенольного характера массой 0,378 г.
Водно – щелочной раствор (F) подкисляли 10% HCl до рН = 8 (G) и экстрагировали хлористым метиленом (3 Ч 200 мл). Органический слой (Н) отфильтровали, растворитель отогнали при пониженном давлении, в остатке получили сумму алкалоидов фенольного характера массой 0,260 г.
2.4. Разделение суммы нефенольных алкалоидов
Сумму алкалоидов делили с помощью колоночной хроматографии на Al2O3, используя в качестве элюента хлористый метилен с возрастающей концентрацией изопропилового спирта от 0 до 10% по объему. Было отобрано 150 фракций, при этом фракции 6-20 (хлористый метилен : изопропиловый спирт 100:0,1) обогащен индивидуальным алкалоидом. Фракции 6-20 были разделены еще раз колоночной хроматографией на SiO2 используя в качестве элюента хлористый метилен. Выделили индивидуальный алкалоид. С выходом 2,38% от веса суммы нефенольных алкалоидов в количестве 15 мг., Тпл.=205-206 Сє.
ИК-спектр (v,см-1): 1060, 1260, (С-О), 1460, 1510, (Ag), 1660 (СО) см-1. Спектре ЯМР 1Н (СDСl3,
·, м.д.) 1.95 (3Н, с, NCH3), 5.96 и 5.98 (по 2Н, с, 2ЧОСН2О), 6.68 (1Н, с, С12), 6.70 (1Н, с, С11), 6.71(1Н, с, С4) и 6.94 (1Н, с, С1). Спектр ЯМР спектре 13С (Табл.1). Масс-спектр m/e М+ 353, 338 (М1-СН3), 336 (М1-ОН, М1-NH3), 148 (100). В УФ-спектр (
·, нм):
·min=230.6, 263;
·max=238.8, 290.6.
Лит. [8,26,30]: ИК-спектр (v,см-1): 1660 (СО). Спектр ЯМР 1Н (CDСl3,
·, м.д.): 1.97 (3Н, с, NCH3), 5.92, 5.98 (по 2Н, с, 2ЧОСН2О). Спектр ЯМР 13С (Табл. 1.). Масс-спектр m/e М+ 353, 148(100). УФ-спектр (
·, нм):
·min=230. 263;
·max=238. 290.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
В народной медицине на протяжении многих столетий мак лесной весенний использовался для лечения кожных заболеваний – экземы, трудно заживающих ран, доброкачественных и злокачественных опухолей кожи. Действие обусловлено наличием в растении алкалоидов и других компонентов, обладающих противомикробным, противоопухолевым, противовирусным, противовоспалительным и ранозаживляющим действием.
Мак лесной весенний – Hylomecon vernalis – растет в лесах Дальнего Востока (Приамурье, Приморье). Распространен в тенистых хвойно-широколиственных лесах, по подошвам склонов. Водно – спиртовые извлечения и настои травы обладают гипотензивными, спазмолитическими, противовоспалительными, седативными, антидиуретическими свойствами. В больших дозах растение ядовито.
Во всех частях растения найдены алкалоиды, количество которых в траве может достигать 0,27 – 2,25%, а в корнях до 4%, флавоноиды, сапонины, дубильные вещества, витамины А и С, органические кислоты – 1,4 – 4,32% - хелидоновая, лимонная, яблочная, аскорбиновая; в плодах содержится до 40% жирного масла. Состав алкалоидов очень сложен и по структуре может быть отнесен к разным типам изохинолиновых производных.
В качестве объекта исследования нами была выбрана подземная часть (корни) Hylomecon vernalis Maxim (мак лесной весенний), собранная в Приморском крае в широколиственном лесу на полуострове Муравьева – Амурского в мае 2008 года.
При выделении алкалоидов из растений обычно пользуются тем, что многие соли алкалоидов хорошо растворимы в воде, свободные же алкалоиды – основания, плохо растворимы в воде, но хорошо растворимы в спирте, эфире и хлороформе. Метод экстракции в виде солей имеет недостаток: помимо алкалоидов из растения извлекается много других экстрактивных веществ. Многие из них могут затруднять обработку экстракта.
Метод экстракции в виде свободных оснований включает в себя обработку растения слабым раствором щелочи для перевода солей в свободные основания и последующую экстракцию органическими растворителями.
В качестве экстрагирующего агента нами была использована смесь ацетона с водой в соотношении 4:1. Экстракцию проводили методом настаивания из расчета 5 частей растворителя на 1 часть сырья. Извлечение производили до тех пор, пока проба на присутствие алкалоидов не была отрицательной.
Полноту извлечения алкалоидов проверяли следующим образом: небольшую навеску исследуемого объекта высушивали на воздухе до постоянного веса. Заливали 5% серной кислотой и настаивали в течение 2 часов. Затем в кислый экстракт прибавляли 2 капли водного раствора кремнийвольфрамовой кислоты. Отсутствие образования творожистого осадка свидетельствует о полном извлечении алкалоидов из шрота.
Водно – ацетоновый раствор фильтровали, и растворитель упаривали при пониженном давлении. Водный остаток обрабатывали 5% соляной кислотой с целью перевода алкалоидов в солянокислые соли. Далее проводили экстракцию хлористым метиленом в делительной воронке для удаления примесей не алкалоидного характера, при этом алкалоиды в виде солей переходили в кислый слой, в то время как примеси оставались в органическом слое.
После очистки от примесей не алкалоидного характера, алкалоиды разделяли на фенольную и не фенольную фракции, используя тот факт, что в сильноосновной среде фенолы способны образовывать растворимые в водной среде феноляты. Для разделения на фенольные и не фенольные фракции к алкалоидам прибавляли раствор КОН до рН = 13 и экстрагировали вещества не фенольной природы хлористым метиленом. При этом феноляты оставались в водно – щелочном растворе.
Водно – щелочной слой подкисляли 10% - HCl до рН = 8 для того, чтобы снова перевести феноляты в свободные основания, и раствор экстрагировали хлористым метиленом для извлечения алкалоидов фенольного характера.
После упаривания растворителей были получены суммы алкалоидов фенольной и не фенольной природы.
Так как некоторые солянокислые соли алкалоидов растворимы не только в водных растворах, но и в органических растворителях, то часть алкалоидов при первой экстракции могла перейти в органический раствор. Поэтому мы извлекали алкалоиды фенольной и не фенольной природы из хлористого метилена по вышеописанной схеме.
Извлекли алкалоиды в виде солей в кислый раствор экстракцией раствора хлористого метилена 10% - HCl, примеси остались в органической фазе. После подщелачивания кислой вытяжки КОН до рН = 13 перевели фенолы в феноляты и далее экстрагировали хлористым метиленом алкалоиды не фенольного характера. Водно – щелочной слой подкислили 10% - HCl для того, чтобы снова перевести феноляты в фенолы и экстрагировали алкалоиды фенольного характера хлористым метиленом.
Объединив фракции, получили суммы алкалоидов фенольного и не фенольного характера, процентное содержание которых в пересчете на воздушно – сухое сырье составило 0,1 и 0,12%.
Схема 1. Извлечение суммы алкалоидов из растительного сырья
Подземная часть Hylomecon vernalis Maxim
Водно- ацетоновая смесь 1:4
шрот
Ацетоновый экстракт
Отгон ацетона, HCl 5%
Кислый слой А
Экстракция
хлористым метиленом
Органический слой В
Кислый слой С
КОН, рН=13
Водно – щелочной слой D
Хлористый метилен
Органический слой Е
Водно – щелочной слой F
Фильтрование HCl, pH=8
упаривание
Сумма не фенольных алкалоидов
Хлористый метилен
Кислый слой G
Органический слой
Водный слой I
Фильтрование,
упаривание
Сумма фенольных алкалоидов
Схема 2. Извлечение алкалоидов фенольной и не фенольной природы из суммы балластных веществ
Органический слой В
HCl 10%
Кислый слой J
Органический слой К
KOH, pH=13
Водно – щелочной слой L
CH2Cl2
Органический слой
Щелочной слой N
Упаривание
фильтрование HCl, pH=8
Сумма не фенольных алкалоидов
Водно – щелочной слой О
CH2Cl2
Органический слой
Водный слой R
Упаривание
фильтрование
Сумма фенольных алкалоидов
Сумму не фенольных алкалоидов делили методом колоночной хроматографии на окиси алюминия, используя в качестве элюента хлористый метилен с возрастающей концентрацией изопропилового спирта. Было отобрано 150 фракций, при этом фракции 6-20 (хлористый метилен : изопропиловый спирт 100:1) обогащены индивидуальным алкалоидом. Фракции 6-20 были разделены еще раз колоночной хроматографией на силикагеле, в результате чего удалось выделить индивидуальный алкалоид. Его выход составил 2,38% от веса суммы алкалоидов, Тпл = 205-206 Сє (ац).
Анализ физико-химических данных позволяет сделать выводы, что выделенный алкалоид является протопином - одним из самых распространенных алкалоидов семейства Papaveraceae.
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
4.ВЫВОДЫ:
1. Выделена сумма алкалоидов изохинолиновой структуры из корней Hylomecon vernalis Maxim (мак лесной весенний) экстракцией водно-ацетоновым раствором методом настаивания в течение 12 часов, процентное содержание которых составляет 0,21% от веса воздушно – сухого сырья.
2. Последовательной экстракцией из кислого и щелочного растворов суммы алкалоидов выделены фенольная (41,5%) и не фенольная (58,7%) фракции алкалоидов.
3. Из суммы алкалоидов не фенольной структуры выделен и идентифицирован алкалоид протопин, который проявляет желчестимулирующее, спазмолитическое, антиаритмическое действие.
5.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Юнусов М. С. // Избранные главы химии алкалоидов. Часть I.Уфа, 2006
Овчинников Ю. А.// Биоорганическая химия. М, «Просвещение», 1987. С. 639 – 642
Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. //Начала органической химии (кн. 1). 1969. С.550
Орехов А.П. // Химия алкалоидов. 2-е издание, исправленное и дополненное, 1955. C. 124 – 125
Пакетт Л. // Основы современной химии гетероциклических соединений. 1971.C.250
Племенков В. В.// Введение в химию природных соединений. Казань, 2001. С. 258 – 259, 250 – 252
Травень В. Ф.// Органическая химия. М: ИКЦ «Академкнига», 2005, Т.2, С. 583
Ким А.М. // Органическая химия: учебное пособие: 2002.C. 353, 364
А., Форд Р.// Физико-химические свойства, методики, библиография. Пер. с англ.- М. Мир, 1976. С. 213
6.ПРИЛОЖЕНИЕ
Экстракция корней мака весеннего водно-ацетоновым раствором
Фильтрование экстракта через воронку Бюхнера
Упаривание ацетона при пониженном давлении на роторном испарителе
Экстракция водного раствора хлористым метиленом
Разделение суммы алкалоидов на фенольную и не фенольную фракции
Колоночная хроматография суммы не фенольных алкалоидов и выделение индивидуальных соединений
Спектрометр
13PAGE 15
13 PAGE \* MERGEFORMAT 143015
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
13 EMBED ChemWindow.Document 1415
Root EntryРисунок 4Рисунок 7