Bài giảng các phương pháp chiết xuất hợp chất thiên nhiên

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT NOÄI DUNG I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY II. XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU III. DUNG MÔI IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT GIÔÙI THIEÄU Vào thời tiền sử, con người phải kiếm cây cỏ và động vật hoang dại để làm thức ăn. Qua chọn lọc và thử thách, con người dần dần xác định được thực vật, động vật nào ăn được hoặc không ăn được. Tính chất chữa bệnh của một số thực vật, động vật dần dần được tích lũy thành kinh nghiệm. Thuốc phòng bệnh và trị bệnh hầu hết được điều chế từ 2 nguồn: nguyên liệu và hóa dược. Riêng dược thảo, theo thống kê của Tổ chức Y tế Thế giới, con số lên tới 20.000 loài, không chỉ các nước Á Đông mà các nước phương Tây cũng tiêu thụ một lượng rất lớn nguyên liệu. Trong những năm gần đây, xu hướng trên thế giới dùng thuốc thảo mộc tự nhiên ngày càng nhiếu, nhiều biệt dược, Đông dược của Trung quốc, Ấn Độ được tiêu thụ mạnh ở các nuớc châu Âu. Nhiều hoạt chất quan trọng như: quinin, morphin, vincaleucoblastin, strychnin, emetin,… đều phải chiết xuất ra từ dược liệu và chúng có thể đi bằng con đường tổng hợp. Hiện nay, con người vẫn còn tiếp tục nghiên cứu các hoạt chất có cấu trúc mới từ nguyên liệu thiên nhiên rồi từ đó bán tổng hợp ra các dẫn xuất có hiệu quả hơn. GIÔÙI THIEÄU I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY Dựa vào chức năng sinh học, người ta chia các hợp chất trong cây thành 2 nhóm lớn: - Chất trao đổi bậc 1 (chất biến dưỡng nhất cấp: primary metabolite) - Chất trao đổi bậc 2 (chất biến dưỡng thứ cấp: secondary metabolite) Chất trao đổi bậc 1 là các chất tham gia vào quá trình sinh trưởng của cây như hydrat carbon, lipid và acid amin. Chất trao đổi bậc 2 là các chất mà vai trò chủ yếu của chúng không phải là để nuôi sống và phát triển của cây cỏ. Vai trò của chúng còn nhiều vấn đề chưa hiểu biết hết, chúng có thể chỉ hiện diện trong một loài đặc trưng hoặc một nhóm sinh vật, chúng có thể đóng vai trò là chất gây chán ăn cho một số loài động vật như chất dẫn dụ côn trùng; như tác nhân kháng sinh hoặc có khi không có vai trò rõ rệt nào cả… Trong lĩnh vực nghiên cứu, nhất là y học và nông nghiệp; các chất trao đổi bậc 2 chính là đối tượng nghiên cứu quan trọng do các tác dụng sinh lý và dược lý của chúng như tác dụng kháng sinh, diệt nấm, tác dụng ức chế hoặc độc đối với tế bào; tác dụng kích thích hoặc ức chế sinh trưởng và các tác dụng dược lý, sinh lý khác. I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY Về mặt phân loại hoá học, hợp chất thiên nhiên được sắp xếp theo các nhóm chức cơ bản: - Hydrat carbon - Lipid và Acid béo - Acid amin - Acid hữu cơ - Hợp chất phenol - Saponin - Glycoside - Alcaloid - … I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY Trong cây, các hợp chất hữu cơ tồn tại ở dạng hòa tan trong nước, dầu béo hoặc tinh dầu. Các chất hòa tan trong nước (dịch tế bào) là các hydrat carbon phân tử bé (monosaccharid, oligosaccharid), một số polysaccharid (pectin, gôm), các glycosid (saponin, flavonoid, iridoid…) muối alcaloid của các acid hữu cơ, acid amin. Các hợp chất phenol hòa tan dưới dạng glycosid (flavonoid, tanin) hoặc dạng phức hợp khác. Các chất tan trong dầu béo và tinh dầu là các hydrocarbon, monoperpen, sterol, carotenoid … Dầu và tinh dầu được khu trú trong những bộ phận riêng biệt của cây như ở hạt, vỏ, thân (tinh dầu) I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY Các nguyên tử mang điện tích âm có thể là: O, N, S, F, Cl… Như vậy các nhóm như: -OH, -CO, -NO2, -NH2, -COOH, -SO2, và các Halogen đều là những nhóm phân cực. Các phân tử càng có nhiều nhóm phân cực thì tính phân cực càng mạnh, nhưng nếu mạch carbon càng dài thì độ phân cực sẽ giảm. Thí dụ: các glycosid là những chất phân cực mạnh do phần đường của chúng có nhiều nhóm phân cực (-OH), mạch đường càng dài thì độ phân cực càng cao. Nếu glycosid bị thủy phân cắt mất phần đường, chỉ còn lại phần aglycon thì tính phân cực của aglycon sẽ giảm hẳn. I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY Một yếu tố khác ảnh hưởng đến vấn đề chiết xuất là các enzym có trong cây. Trong quá trình chế biến, nếu không khống chế hoạt động của các enzym thì các glycosid có thể bị thủy phân một phần hoặc toàn phần làm thay đổi tính phân cực, do đó thay đổi độ hòa tan của các hợp chất đối với dung môi. II. XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU Việc lựa chọn, thu hái, xác định nguyên liệu mẫu cây cần nghiên cứu là những giai đoạn đầu tiên cần phải tiến hành trong quá trình khảo sát hóa thực vật. Khi thu hái mẫu cây, cần kết hợp với nhà thực vật học để xác định tên khoa học (vì cây thường được gọi bằng tên địa phương rất dễ gây nhầm lẫn). Phải ghi rõ cây thu hái ở vùng nào, thời gian thu hái, độ tuổi của cây. Phải ghi rõ người hái hoặc cơ quan giám định cây, và cây hiện được lưu mẫu ở đâu. Khi thu hái nguyên liệu phải chú ý loại bỏ các cây sâu bệnh. Đối với các bộ phận vỏ, thân, rễ chú ý xem xét kỹ, tránh thu hái cây có mang những sinh vật ký sinh. Nhiều trường hợp đã có kết luận sai về thành phần hóa học vì cây có mang những loại nấm ký sinh. [...]... khơng thể có một phương pháp chiết xuất chung cho tất cả các loại hợp chất trong cây Lựa chọn phương pháp trích ly để có được cao trích thơ là cơng việc rất quan trọng để tránh phân hủy hợp chất, tránh các phản ứng phụ, các phản ứng chuyển vị IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Trong cây thường chứa một số cấu tử được xem như chất gây cản trở trong q trình chiết xuất hoặc tinh chế hợp chất như các diệp lục... sát sự chiết xuất hồn tồn chưa, người ta thường theo dõi bằng cách lấy dịch trích ly thử với các thuốc thử đặc trưng của hoạt chất cần trích IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt (Percolation) IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Chiết bằng phương pháp ngâm dầm (Maceration) Phương pháp ngâm dầm khơng hiệu quả gì hơn phương pháp ngấm kiệt, chỉ là ngâm bột cây trong bình chứa bằng thủy... khơng, các chất artefact là những chất chỉ hình thành trong q trình chiết xuất, thường là những dẫn xuất của các hợp chất thiên nhiên Muốn hạn chế những trường hợp này cần phải sử dụng các điều kiện chiết xuất, cơ lập êm dịu Tại mỗi giai đoạn của q trình chiết xuất, đều có thể tạo nên những hợp chất artefact này Thí dụ: Trong khi loại dung mơi cuả dung dịch chiết xuất để thu cao, sự có mặt các muối... tan trong ether thì chất đó phải là chất khơng ion hóa, có số carbon khơng q 5, có 1 nhóm phân cực tạo dây nối hydro nhưng khơng phải là nhóm phân cực mạnh IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Phương pháp chiết xuất bao gồm việc chọn dung mơi, dụng cụ chiết và cách chiết Một phương pháp chiết xuất thích hợp chỉ có thể được hoạch định khi đã biết rõ thành phần hóa học của cây Mỗi loại hợp chất có độ hòa tan... dần vào ngun liệu và hòa tan các chất tự nhiên Có thể gia tăng hiệu quả chiết xuất bằng cách khuấy bột cây hoặc dùng máy lắc nhẹ Sau 24 giờ, dung mơi trong bình được rót ra và đổ dung mơi mới vào IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Chiết bằng phương pháp ngấm kiệt ngược dòng Đây là sự kết hợp giữa phương pháp ngấm kiệt và phương pháp ngâm dầm Bột cây được cho vào nhiều bình chiết khác nhau, ví dụ có 3 bình... gian vẫn hay dùng để sắc thốc để uống và một số chất cũng tan được trong nước, nhưng vì nước có nhiệt độ sơi Để chiết xuất những hoạt chất tan nhiều trong nước, người ta hay dùng hỗn hợp Methanol-nước hoặc Ethanol-nước IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Chiết bằng phương pháp lơi cuốn hơi nước Đây là phương pháp đặc biệt dùng để ly trích tinh dầu và những hợp chất dễ bay hơi có trong cây Dụng cụ gồm một bình... trên… Như vậy, dung dịch được chiết ra từ bình trước được dùng làm dung mơi để ngâm bột cây của bình sau Đây là phương pháp được ứng dụng nhiều trong sản xuất lớn Phương pháp này chỉ khác với phương pháp ngấm kiệt là dịch chiết sau khi lấy ra khơng theo phương pháp nhỏ giọt mà mở khóa cho chảy thẳng dòng sau khi ngâm một thời gian nhất định IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Chiết bằng Soxhlet Bộ dụng cụ... hỗn hợp nước-tinh dầu Dùng ether dầu hỏa hay ether ethyl để ly trích tinh dầu ra khỏi hỗn hợp trên hoặc để n một thời gian trong bình lóng sẽ có sự tách giữa 2 pha tinh dầu – nước NHỮNG ĐIỀU CẦN LƯU Ý KHI CHIẾT XUẤT Khi chiết xuất các hợp chất tự nhiên trong cây, người ta thường trích ln các tạp chất hay có trong cây như chất béo, chất màu Những tạp chất này sẽ làm cản trở q trình cơ lập tinh chế các. .. phải chiết thêm một thời gian nữa Nhược điểm của phương pháp này là khơng chiết được một lượng lớn mẫu cây, nên chỉ thích hợp cho các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Một nhược điểm lớn nữa là trong suốt q trình chiết, mẫu cây ln có nhiệt độ bằng nhiệt độ sơi của dung mơi nên những hợp chất kém bền nhiệt như carotenoid có thể bị thủy giải, phân giải hoặc tạo các hợp chất artefact IV CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT... LH-20… Các chất dẻo (plasticizero): • Các chất dẻo như phtalat dialkyl, tri-n-butyl acethyl citrat, tributyl phosphat, … thường là tạp chất lẫn trong dung mơi, hoặc là các phụ gia của thùng chứa làm bằng chất dẻo •Trong chloroform và methanol thường có chứa phtalat di-2-ethyl hexyl, trước đây đã bị lầm tưởng là hợp chất thiên nhiên cơ lập từ cây cỏ Ngồi ra khi chiết xuất, cần phải chú ý đến các chất . bản: - Hydrat carbon - Lipid và Acid béo - Acid amin - Acid hữu cơ - Hợp chất phenol - Saponin - Glycoside - Alcaloid - … I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY Trong cây, các hợp chất hữu cơ tồn tại. nhóm phân cực mạnh. IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT Phương pháp chiết xuất bao gồm việc chọn dung môi, dụng cụ chiết và cách chiết. Một phương pháp chiết xuất thích hợp chỉ có thể được hoạch. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT NOÄI DUNG I. HỢP CHẤT TỰ NHIÊN TRONG CÂY II. XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU III. DUNG MÔI IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT GIÔÙI THIEÄU Vào thời tiền