Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp tách chiết hợp chất terpenoid

Trong những năm gần đây, công nghệ tách chiết các hợp chất từ thực vật đã không ngừng phát triển và bước đầu đạt được những thành quả đáng kể.. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu về ter

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

2

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU 4

1 Lý do chọn đề tài 4

2 Mục tiêu nghiên cứu 5

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 5

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 5

5 Phương pháp nghiên cứu 5

6 Đóng góp của khóa luận 5

7 Cấu trúc khóa luận 6

B NỘI DUNG 6

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẾ TERPENOID 6

1.1 Giới thiệu về Terpenoid 6

1.2 Khái niệm và phân loại 9

CHƯƠNG II MỘT SỐ TERPENOID TRONG TỰ NHIÊN 11

2.1 Monoterpenoid 11

2.1.1 Monoterpenoid không vòng 11

2.1.2 Monoterpenoid đơn vòng 13

2.1.3 Monoterpenoid 2 vòng 14

2.2 Sesquiterpenoid 15

2.2.1 Sesquiterpen không vòng 15

2.2.2 Sesquiterpen 1 vòng 16

2.2.3 Sesquiterpen hai vòng 16

2.2.4 Sesquiterpen ba vòng 16

2.3 Diterpenoid 16

2.3.1 Phytol 17

2.3.2 Vitamin A 17

2.3.3 Colophan 17

2.4 Serterterpenoid 17

2.5 Triterpenoid 18

2.6 Tetraterpenoid 22

2.7 Polyterpenoid 23

CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT TERPENOID 23

3.1 Các phương pháp chiết tách 23

3.1.1 Phương pháp hoà tan trong dung môi hữu cơ 24

3.1.2 Các phương pháp chưng cất 24

3.1.2.1 Chưng cất đơn giản 24

3.1.2.2 Chưng cất phân đoạn 24

3.1.2.3 Chưng cất dưới áp suất thấp 25

3.1.2.4 Chưng cất lôi cuốn hơi nước 25

3.1.3 Phương pháp chiết 25

3.1.3.1 Giới thiệu chung 25

3.1.3.2 Chiết soxhlet 26

3.2 Tách chiết monoterpenoid và sesquiterpenoid 27

a>Tách methol 27

b> Tách citral 28

c> Tách Eugenol 28

d>Tách cedrol 29

e> Tách methyl chavicol 29

3.3 Tách chiết các hợp chất lacton terpenoid 30

3.3.1 Phân lập các sesquiterpen lacton 30

a> Chiết bằng CHCl 3 30

b> Chiết bằng cồn và nước nóng 31

c> Chiết bằng cồn: (EtOH hoặc MeOH) 31

d> Chiết bằng dung dịch kiềm nóng 31

3.3.2 Tách chiết các monoterpen glycosid (iridoid) 32

3.4 Tách chiết hợp chất saponin triterpenoid 35

CHƯƠNG IV PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT CAROTENOID 39

TRONG MÀNG QUẢ GẤC 39

4.1 Giới thiệu về Carotenoid 39

4.2 Quy trình tách chiết 40

4.2.1 Nguyên liệu 40

4.2.1.1 Chọn nguyên liệu 40

4.2.1.2 Xử lí nguyên liệu 41

4.2.2 Xác định một số tính chất vật lý 41

4.2.2.1 Xác định độ ẩm 41

4.2.2.2 Xác định hàm lượng tro 41

4.2.3 Khảo sát các điều kiện chiết dầu gấc 42

4.2.3.1 Khảo sát dung môi chiết 42

4.2.3.2 Khảo sát thời gian chiết 42

4.2.3.3 Khảo sát tỉ lệ rắn-lỏng 42

4.2.4 Tách chiết dầu gấc 42

4.3.6 Tách chiết Carotenoid từ dầu gấc 45

C KẾT LUẬN 45

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

vũ trụ mang tên “công nghệ sinh học” đã rời khỏi bệ phóng để bay đến tầm cao mới Việt Nam là nước nhiệt đới có khí hậu nóng ẩm, rất thuận lợi cho sự phát triển của thực vật và đây được coi là một kho tàng vô giá về nguồn hợp chất tự nhiên và nguồn nguyên liệu để phát triển ngành công nghệ sinh học nước nhà

Trong những năm gần đây, công nghệ tách chiết các hợp chất từ thực vật đã không ngừng phát triển và bước đầu đạt được những thành quả đáng kể Trên thế giới

từ rất lâu người ta đã ứng dụng những công nghệ này để sản xuất các chất có hoạt tính sinh học, phục vụ cho nghiên cứu, sản xuất và phục vụ lợi ích của con người Những nghiên cứu về hợp chất có hoạt tính sinh học ở thực vật phát triển từ những năm 1950 và đã có khoảng hơn 30.000 hợp chất được chiết xuất từ thực vật có hoạt tính và rất có giá trị đối với cuộc sống Những hợp chất này như các alcaloid, terpenoid, phenolic được biết đến như là các hợp chất thứ cấp Các hợp chất này thường chỉ được tạo ra ở một số loại tế bào nhất định như các tế bào rễ tơ, biểu mô, hoa, lá Mặc dù, hóa học tổng hợp hữu cơ đạt nhiều thành tựu quan trọng nhưng nhiều hợp chất có hoạt tính sinh học (thường gọi là các chất thứ cấp) vẫn còn khó tổng hợp hoặc có thể tổng hợp được nhưng chi phí rất đắt

Ngày nay, những hợp chất tự nhiên có hoạt tính sinh học được phân lập từ cây cỏ

đã được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp và chăm sóc sức khoẻ con người Chúng được dùng để sản xuất thuốc chữa bệnh, thuốc bảo vệ thực vật, làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp thực phẩm và mỹ phẩm v.v

Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp thì các nguy cơ bệnh tật của con người ngày càng bị đe dọa hơn Sự xuất hiện của nhiều căn bệnh lạ cũng như sự gia tăng số lượng người mắc các bệnh nan y đang là một mối quan tâm lớn không chỉ của nghành y dược mà là của cả xã hội Chính vì vậy việc nghiên cứu tìm ra các phương thuốc mới, có hiệu quả xuất phát từ thiên nhiên luôn là

ưu tiên của nhiều nhà khoa học trên thế giới Để nghiên cứu tổng hợp ra các loại thuốc

từ cây cỏ thì trước tiên là phải tách được các thành phần có ích từ chúng Vì vậy, các

phương pháp tách chiết hợp chất thiên nhiên là một vấn đề đang thu hút sự quan tâm

của những ai yêu thích hóa học Xuất phát từ mục tiêu đó, tôi chọn đề tài: “ Nghiên

cứu lý thuyết về phương pháp tách chiết hợp chất Terpenoid”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu về terpenoid, cấu tạo hóa học và phân loại của terpenoid

- Các phương pháp tách chiết một số hợp chất terpenoid

- Đưa ra một số quy trình tách chiết hoạt chất có bản chất là terpenoid

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Cơ sở lí thuyết, phương pháp tách chiết hợp chất terpenoid

- Phạm vi nghiên cứu: Các phương pháp tách chiết các hợp chất terpenoid

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Trong khóa luận này nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

- Nghiên cứu tài liệu, giáo trình liên quan đến phương pháp tách chiết các hợp chất terpenoid

- Nghiên cứu ví dụ cho phương pháp tách chiết hợp chất terpenoid

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí luận: Đọc các giáo trình, tài liệu tham khảo liên

quan đến phương pháp tách chiết các hợp chất terpenoid và ví dụ về phương pháp tách chiết hợp chất terpenoid

- Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Lấy ý kiến của giáo viên trực tiếp hướng dẫn và các giáo viên khác trong lĩnh vực đề tài để hoàn thiện nội dung và hình thức của khóa luận này

- Phương pháp học hỏi và tổng kết: Học hỏi kinh nghiệm của các anh, chị khóa trước, sau đó rút ra kinh nghiệm cho bản thân và tổng kết những kiến thức đã tìm hiểu

để hoàn thành khóa luận

6 Đóng góp của khóa luận

- Giới thiệu về terpenoid gồm khái niệm, cấu trúc, phân loại, ứng dụng Giúp chúng ta nhận ra được tầm quan trọng của các hợp chất terpenoid trong đời sống

- Đưa ra được phương pháp tách chiết các hợp chất terpenoid, hợp chất có tầm quan trọng trong đời sống

6

7 Cấu trúc khóa luận

- Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu nội dung khóa luận gồm 4 chương:

Chương I: Tổng quan về Terpenoid

Chương II: Một số Terpenoid trong tự nhiên

Chương III: Phương pháp tách chiết

Chương IV: Phương pháp tách chiết Carotenoid trong màng quả gấc

B NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẾ TERPENOID 1.1 Giới thiệu về Terpenoid

Trong thiên nhiên, terpenoid chủ yếu có trong các loại thực vật Chúng có vai trò quan trọng đối với cơ chế bảo vệ cũng như trong việc sinh sản của nhiều loại cây, vì phát ra mùi hương và dẫn dụ côn trùng thụ phấn

Các terpenoid tham gia vào những quá trình trao đổi chất như các vitamin, có tác dụng như các tác nhân điều tiết và đóng vai trò bảo vệ như những chất kháng oxy hóa Con người sử dụng terpenoid dưới dạng các dịch chiết từ hoa, quả và các bộ phận khác của cây, chúng được biết đến như những tinh dầu, chất thơm của thực vật

Vào năm 1818 người ta đã tìm được một số hợp chất và xác định được rằng tỉ lệ nguyên tử C:H ở tinh dầu là 5:8 Tiếp thep đó là một số hợp chất hidrocacbon không

no, không vòng hoặc có vòng đã được tách ra Chúng có công thức tổng quát là (C5H8)n , (n≥2) và được đặt tên là Terpen Phân tử của các hợp chất này có các mạch

nhánh là các nhóm CH3- xuất hiện một cách có chu kì trong mạch cacbon

Terpen và terpenoid gọi chung là terpen, đôi khi còn gọi là isoprenoid để nhấn mạnh rằng nó gồm các mắt xích có khung cacbon giống với isoprene

Terpenoid là các dẫn xuất chứa Oxi của tecpen như: ancol terpen, andehit và xeton terpen, este tecpen và cả cacboxylic, peoxit terpen cũng được tách ra từ tinh dầu Chúng thường có mùi thơm hấp dẫn hơn là các hydrocacbon terpen

Terpenoid có nhiều trong tinh dầu thảo mộc như tinh dầu sả, chanh, cam, thông, cây linh sam, cây long não, bạc hà, hoa hồng, quế

8

Và các dẫn xuất của chúng (các terpenoid) được ứng dụng nhiều trong:

- Công nghiệp dược phẩm: Thuốc chữa bệnh, băng dán cá nhân, dầu xức

+ Squalen (C30H50) có trong dầu gan cá

+ Retinol (vitamin A, C20H29OH) có trong lòng đỏ trứng, dầu gan cá…

- Công nghiệp thực phẩm: Bánh kẹo, dầu ăn, sữa, nước giải khát

- Caroten và licopen (C40H56) là sắc tố màu đỏ của cà rốt và cà chua chín

- Công nghiệp mỹ phẩm: nước hoa, kem đánh răng

- Công nghiệp sản xuất dược phẩm, dầu bôi trơn, chất tuyển nổi, thuốc trừ sâu, vv

Dầu bôi trơn Dược phẩm

* Cấu trúc của terpenoid

- Phân tử terpenoid có cấu tạo mạch hở hoặc mạch vòng và có chứa các liên kết

đôi C=C

- Cấu trúc của terpenoid được tạo thành do isoprene kết hợp với nhau theo kiểu “ đầu nối với đuôi”, hoặc đuôi nối với đuôi Phân tử terpenoid có thể có 1 vòng hoặc nhiều vòng, có thể là vòng hở hay vòng kín và các liên kết phải tuân theo qui tắc isopren

- Ví dụ:

Myrcene Ocimene -Selinene  - Pinene

1.2 Khái niệm và phân loại

 Khái niệm

- Terpen là loại hợp chất hữu cơ mà cấu trúc hóa học dựa trên cơ sở các phân tử

 Phân loại: Có 2 hướng phân loại

* Dựa theo mạch cacbon để phân loại có:

+ Terpenoid mạch hở: Geraniol có trong tinh dầu hoa hồng Xitronelol có trong

tinh dầu sả Các hợp chất này đều có mùi thơm đặc trưng, là những đơn hương quý dùng trong công nghiệp hương liệu và thực phẩm,

+ Terpenoid mạch vòng: Mentol và menton (có trong tinh dầu bạc hà) không

những được đưa vào kẹo bánh, kem đánh răng, mà còn dùng để điều chế thuốc chữa bệnh

* Dựa vào số đơn vị isopren người ta chia terpenoid thành các loại sau:

N Công thức phân tử Loại terpenoid

isopren

CHƯƠNG II MỘT SỐ TERPENOID TRONG TỰ NHIÊN

2.1 Monoterpenoid

- Monoterpen là những chất lỏng dễ bay hơi và chúng là những chất thơm rất quý Những terpen thuộc loại này là thành phần chủ yếu của tinh dầu, hiện diện trong khoảng 60 họ thực vật, trong đó các họ có chứa nhiều tinh dầu như: Pinaceae (họ Thông), Lauraecae (họ Nguyệt quế), Myrtaceae (họ Sim), Lamiaceae (họ Hoa môi), Umbeliferae (họ Hoa tán), Rutaceae (họ Cam), Asteraceae (họ Cúc), Arecaceae (họ Cau), Zingiberceae (họ Gừng)

- Monoterpenoid có thể được chia thành 3 loại: monoterpenoid không vòng, 1 vòng

và 2 vòng

2.1.1 Monoterpenoid không vòng

- Phần lớn có khung cơ bản là 2,6-dimetyloctan

- Ví dụ: myrcen, oximen, citral, citronellol, geraniol, nerol…

+ Myrcen: C10 H16

Được tách năm 1895,có nhiều trong hoa houblon, một phần trong sả và vỏ

chanh Có vị đắng

+ Oximen: Được tách từ tinh dầu húng quế, thường không tách được ở dạng tinh

khiết do dễ bị ôxi hóa

12

+ Citral

- Trong tinh dầu, citral thường ở 2 dạng chung a và b

- Citral a và Citral b có trong gần 150 loại tinh dầu khác nhau Citral có mùi thơm của vỏ chanh

- Citral rất phổ biến trong tự nhiên, có nhiều trong tinh dầu màng tang, tinh dầu

sả, trong vỏ chanh, vỏ cam, quýt, bưởi

- Công dụng: citral được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với lượng nhỏ để tạo mùi chanh nhân tạo, vị chanh, lá cam và cam Ngoài ra, citral còn dùng để làm thơm xà phòng, mỹ phẩm và tham gia vào nhiều công thức nước hoa

- Là hidrocacbonterpen phổ biến sau  - Pinene Nó có hàm lượng cao trong một

số tinh dầu chanh, tinh dầu cam, quýt, bưởi…, có mùi thơm mát Trong phân tử có nối đôi nên rất dễ bị oxi hóa và bị trùng hợp tạo ra mùi khó chịu

- α-terpinen có mặt trong tinh dầu thông, sa nhân, ngò thơm

- β-terpinen rất hiếm trong tự nhiên, thường phải tổng hợp

- γ-terpinen cũng rất hiếm trong tự nhiên, thường đi kèm với α-terpinen

+ Menthol: có nhiều trong tinh dầu bạc hà

- Menthol có tính sát khuẩn, tiếp xúc với da gây cảm giác mát và tê tại chỗ (do hiện tượng bay hơi) Menthol có trong thành phần của cao Sao vàng và các cao khác, dùng để chữa cảm lạnh, nhức đầu chóng mặt, say tàu xe…, nó còn là chất thơm dùng trong công nghiệp thuốc lá, thuốc đánh răng, kẹo, mỹ phẩm…

2.1.3 Monoterpenoid 2 vòng

- Các monoterpen 2 vòng: có 5 loại hợp chất thuộc monoterpen hai vòng: Thuyan, Caran, Pinan (  - pinen và  - pinen), Camphan (boran), isocampha, Fernchan, Isofenchan Các chất này và dẫn xuất của nó có trong tinh dầu cây bạch đàn, cây thông, tinh dầu kinh giới, cây oải hương…

- Các khung cơ bản: khung thuyan (1), caran (2), pinan (3), khung camphan (4)

và isocamphan (5), khung fenchan (6) và isobornylan (7)

- Sabinen: đại diện cho khung thuyan, có trong tinh dầu củ cà rốt

- Thuyone: cũng có khung thuyan, có trong tinh dầu ngải cứu, có tác dụng gây hưng phấn rất mạnh

- Δ-3 và Δ-4 caren: có khung caran, là thành phần chính của tinh dầu thông Pinus

longifolia và Pinus syvestres, được dùng để tổng hợp các monoterpen, làm dung môi

để pha sơn

- -pinen và -pinen: có khung pinan, là thành phần chủ yếu của tinh dầu thông,

từ pinen có thể tổng hợp nhiều chất có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như terpineol, borneol, isoborneol, các este của chúng, camphor và các fenchol

- Camphor: đại diện cho khung camphan và isocamphan, có nhiều trong tinh dầu cây long não, có tác dụng kích thích hoạt động của tim

- Fenchon: đại diện của khung fenchan và isobornylan, có nhiều trong tinh dầu cây thì là

2.2 Sesquiterpenoid

- Các Sesquiterpen: Cũng có nhiều trong thành phần tinh dầu

Tùy theo số vòng trong phân tử được chia thành 4 nhóm Theo qui tắc isopren, 3 đơn vị isopren liên kết với nhau theo kiểu đuôi đầu tạo thành một Sesquiterpen mạch thẳng với 4 liên kết đôi Có các dạng sau: Sesquiterpen không vòng, 1 vòng, 2 vòng, 3 vòng

16

OH

Có trong tinh dầu gừng cùng với các alcohol của nó là farnesol và nerolidol Các alcohol này cũng có trong tinh dầu chanh, cam, quýt, bưởi, hoa hồng Chúng là nhóm dẫn dụ côn trùng

2.2.2 Sesquiterpen 1 vòng

+ Zingiberen: là thành phần chính của tinh dầu gừng Gây nên vị nóng, cay và mùi đặc trưng của gừng Ứng dụng trong nước uống, bánh kẹo, tạo độ nóng nhưng không say

+ Bisabolen: có trong vỏ chanh, bưởi, tùng bách

+ Acid abxixic có nhiều trong quả bông non, tác dụng như một hoormon kìm hãm sự sinh trưởng (nội tiết thực vật)

2.2.3 Sesquiterpen hai vòng

Thường có ở các nhóm cadinan, eudesman, guyan và caryophyllan

Ví dụ: Cadinen có trong tinh dầu vỏ chanh, eudesmol có trong tinh dầu chanh,

guajol có trong tinh dầu hương lau và caryophyllen có trong tinh dầu cẩm chướng

2.3 Diterpenoid

- Được tạo thành từ 4 đơn vị isoprene

- Bao gồm các axit nhựa và các hocmon sinh trưởng thực vật Phần đông các diterpen là hợp chất mạch vòng

Vitamin A1 có trong gan cá nước mặn

Vitamin A2 có trong gan cá nước ngọt

18

Ví dụ: Ophiobiolin: còn gọi là độc tố thực vật (nấm của các loài thực vật)

2.5 Triterpenoid

- Các triterpenoid thường gặp dưới dạng este, glycozit hoặc ở trạng thái tự do

+ Triterpen điển hình là Squalen: C30 H35

- Các triterpenoid đáng chú ý là khi chúng ở dưới dạng glycosid (saponin triterpenoid)

- Saponin triterpenoid: Phần genin của loại này có 30 cacbon cấu tạo bởi 6 nhóm Hemiterpen

Người ta chia làm 2 loại: + Saponin triterpenoid pentacylic

+ Saponin triterpenoid tetracylic

Trong đó loại saponin triterpenoid pentacylic được chia ra thành các nhóm: Olean, Ursan, Lupan, Hopan Còn loại Saponin triterpenoid tetracylic có 3 nhóm chính: Đamaran, Lanostan, Cucurbitan

- Cấu trúc của một số saponin triterpenoid:

+ 5 vòng 6 cạnh:

- Nhóm Olean: Phần lớn các Saponin triterpen trong tự nhiên đều thuộc nhóm này, là dẫn chất của β-amyrin Phần aglycon có 5 vòng 6 cạnh và thường là dẫn chất của -amyrin

+ Ví dụ: acid oleanolic (C17 = COOH)

- Nhóm ursan: Cấu trúc của nhóm Ursan cũng tương tự như nhóm olean chỉ khác là nhóm methyl ở C-30 không đính vào vị trí C-20 mà lại đính ở vị trí C-19 Các saponin nhóm Ursan thường là những dẫn xuất của α-amyrin

1 2

5 6 7 8

9 10

11

12 13 14 15 16 17 18 19

20 21 22

Nhóm Olean

Axit oleanolic

COOH

HO

3 4 5 6 7 8 9 10

11

12 13 14 15 16 17 18 19

20 21 22

3

4 5

6 7 8

9 10

11

12 13 14 15 16 17 18

19

21 22 20

E

1 2

5 6 7 8

9 10

11

12 13 14 15 16 17 18

1 2

3 4

5 6 7 8

9 10

11

12 13 14 15 16

17 18

26 27

30

Nhóm Hopan

Mollugocin A

22

Nhóm Dammaran

- Nhóm Lanostan: Phần aglycon gồm 4 vòng + 1 mạch nhánh, C18 và C21 khác Dammaran

Đại diện: Holothurin A một trong những saponin có trong các loài hải sâm -

Holothuria spp

Nhóm Lanostan

- Nhóm Cucurbitan: Phần aglycon gồm 4 vòng + 1 mạch nhánh, C18 và C21 giống Lanostan, chỉ khác: Ở đây nhóm CH3 góc thay vì ở vị trí cacbon số 10 lại đính ở cacbon số 9

Đại diện: các saponin thuộc họ Cucurbitaceae

Nhóm Cucurbitan

2.6 Tetraterpenoid

- Carotenoid: là những chất màu vàng hay đỏ có nguồn gốc thực vật hay động

vật Chúng tạo nên màu của cà rốt, cà chua, lòng đỏ trứng… Chúng được chia thành 2 nhóm:

+ Nhóm hydrocacbon tan trong ete dầu mà đại diện là -caroten:

1 2

3

4 5

6 7 8

9 10

11 12 13 14 15 16

17 19

20

23

24 25

26 27

30

18

1 2

3 4

5 6 7 8

9 10

11 12 13 14 15 16 17 20

23

24 25

26 27

30

18

19

+ Nhóm xanthophyl: là các dẫn xuất chứa Oxy của caroten, gồm các anđehit, xeton, epoxit và axit tan trong etanol Ví dụ: zeaxanthin, Rhodovibrin, Rhodoxanthin…

- Licopen: Thuộc loại Carotin (Carotenoid), là chất màu đỏ có trong cà chua,

dưa hấu và một số loại quả khác

2.7 Polyterpenoid

- Tiêu biểu là cao su thiên nhiên (chuỗi isopren cis) và Guttapercha (chuỗi isopren trans)

Cao su thiên nhiên Gutapecha

(các nối đôi C=C có cấu hình Z) (các nối đôi C=C có cấu hình E)

CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT TERPENOID

3.1 Các phương pháp chiết tách

HO

OH

Zeaxanthin