Alkaloid và dược liệu chứa alkaloid

DL chứa ALK không có nhân dị vòng DL chứa ALK có nhân pyridin và piperidin DL chứa ALK có nhân tropan DL chứa ALK có nhân quinolizidin; quinolin 1... Tính chất chung củ

LOGO 8/2015

Định nghĩa, danh pháp, các tính chất lý hóa,

trạng thái tự nhiên của ALK trong dược liệu

Sự phân loại ALK theo cấu trúc hóa học

Các ph pháp chiết xuất, phân lập ALK từ dược liệu

Các ph pháp thông dụng để định tính, định lượng ALK

Các nội dung chính về 12 dược liệu chứa ALK

1 Khái niệm về alkaloid

2 Danh pháp

3 Phân bố trong tự nhiên

4 Sự tạo thành ALK trong cây

5 Tính chất chung của ALK

6 Chiết xuất, tinh chế và phân lập

7 Định tính alkaloid

8 Định lượng alkaloid

9 Cấu tạo hóa học và phân loại

10.Tầm quan trọng/dược liệu

DL chứa ALK không

có nhân dị vòng

DL chứa ALK có

nhân pyridin và piperidin

DL chứa ALK có

nhân tropan

DL chứa ALK có nhân

quinolizidin;

quinolin

1 Ớt 1 Hồ tiêu 1 Benladon 1 Sarothamnus

2 Tỏi độc 2 Cau 2 Cà độc dược 2 Canhkina

3 Ích mẫu 3 Thuốc lá 3 Coca

DL chứa ALK có

nhân purin DL chứa ALK có nhân steroid cấu trúc diterpen DL chứa ALK có DL chứa ALK có cấu trúc khác

1 Chè 1 Mức hoa trắng 1 Ô đầu 1 Bách bộ

2 Cà phê 2 Cà lá xẻ

1 Khái niệm về ALK

Từ lâu các nhà NC tìm ra các HCTN thường là những

acid/những chất trung tính…

(từ nhựa thuốc phiện)

 quinin, cinchonin  caffein, colchicin

 emetin, piperin  strychnin, brucin

“alkalọd” Alkaloid = Pflanzen-alkali = Kiềm/thực vật

Sau này Pôlônôpski (1910) định nghĩa :

- Hợp chất hữu cơ, có chứa N,

- Đa số có nhân dị vòng, có phản ứng kiềm,

- Thường gặp trong thực vật (đôi khi/động vật)

- Thường có dược lực tính mạnh

- Cho phản ứng với các thuốc thử chung của ALK

1 Khái niệm về ALK

2 Danh pháp

• Từ tên thực vật

- Strychnos  strychnin - S rotunda  rotundin

- Berberis  berberin - R serpentina  serpentin

- Stemona  stemonin - T baccata  baccatin

• Từ tác dụng

- Gây nôn  emetin - Curaré  tubocurarin

- Gây nôn  vomicin - Morpheus  morphin

- Febrifuga  febrifugin - Atropos  atropin

• Từ tên người

- Pelletier  pelletierin - Nicot  nicotin

- Tên theo EU, USA  thường có e cuối (morphine, berberine, cocaine, capsaicin)

- Anh, USA : alkaloid Pháp : alcalọde

- Việt Nam : alcaloid

2 Danh pháp

Paclitaxel

Từ Taxus baccata

(Taxol)

Taxine (hỗn hợp)

Từ Taxus brevifolia

3 Phân bố trong tự nhiên

 ALK phân bố phổ biến/thực vật

- Ngày nay đã biết  16.000 ALK từ  5.000 loài (chủ yếu ở thực vật bậc cao, ngành hạt kín

- Ít gặp ALK / ngành hạt trần, nấm …

- Hầu như không gặp ALK / TV bậc thấp (Rêu, Địa y, Tảo)

- Một số động vật, vi khuẩn cũng chứa ALK

 Trong cây ALK tập trung ở 1 số bộ phận nhất định

- Hạt: Mã tiền, Cà phê…

- Quả: Ớt, Hồ tiêu…

- Lá: Thuốc lá, Chè…

- Hoa; thân; rễ; củ…

 Rất ít trường hợp trong cây chỉ có 1 ALK duy nhất

- Thường/cây có hỗn hợp nhiều ALK, ( 1-2 ) ALK có hàm lượng (HL) cao nhất thì được gọi là ALK chính , các ALK có HL thấp hơn gọi ALK phụ

- Các ALK/những cây cùng 1 họ thực vật có cấu tạo rất gần nhau (cùng nhóm) VD: nhân tropan/1 số cây họ cà…

- Một ALK có thể gặp ở nhiều cây thuộc những họ khác nhau (ephedrin/Ma hoàng-Ephedraceae, Thanh tùng-Taxaceae…)

3 Phân bố trong tự nhiên

3 Phân bố trong tự nhiên

 HL ALK/cây thường rất phấp

- Trừ Canhkyna (6-10%); nhựa thuốc phiện (20-30%)…

- Dược liệu chứa (1-3% ALK) được xem HL ALK khá cao

- HL ALK/cây phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khí hậu, ánh sáng chất đất, phân bón, bộ phận dùng và thời kỳ thu hái…

 ALK/cây ít khi ở trạng thái tự do (ALK base)

- Thường ở dạng muối của các acid hữu cơ: citrat, tactrat,

…(đôi khi ở dạng muối vô cơ) tan/dịch tế bào

- 1 số cây ALK kết hợp với tanin/kết hợp với acid đặc biệt/cây đó …

4 Sự tạo thành ALK/cây

- Trước đây: cho rằng nhân cơ bản ALK do chất đường/thuộc chất của đường + NH3 để có Nitơ mà sinh ra

- Ngày này: bằng pp dùng các nguyên tử đánh dấu (đồng vị phóng xạ) người ta chứng minh được ALK được tạo ra từ các acid amin

- Qua NC người ta nhận thấy nơi tạo ra ALK/cây không phải luôn luôn là nơi tích tụ ALK

- VD: 1-hyoscyamin ALK chính /cây Benladon được tạo ra/rễ

sau đó chuyển lên phần trên mặt đất Cây 1 tuổi thân chứa nhiều ALK hơn lá , cây 2 tuổi thân cây hóa gỗ nhiều hơn, hl

ALK giảm , hl ALK ở phần ngọn đạt mức tối đa khi cây ra hoa

và giảm đi khi quả chín

5 Một số ALK tiêu biểu

N H

5 Một số ALK tiêu biểu

NH2COOH

tryptophan

N H

NH2COOH

tryptophan

N H

indol

5 Tính chất chung của ALK

5.1 Lý tính

- Thể chất: ALK có C, H, N, O thường có thể rắn (t  thường) như morphin (C17H19N O3), codein (C18H21N O3) Các ALK này thường kết tinh được và có điểm chảy rõ ràng ( tuy nhiên có 1

số bị phá hủy ở t  trước khi chảy nên không có điểm chảy )

Các ALK không có oxy thường ở thể lỏng như nicotin (C10H14N2), spartein (C15H26N2) Các ALK bay hơi được, thường bền vững, không bị phá hủy ở t  sôi  cất kéo bằng hơi nước Ngoại lệ:

 Arecolin (C8H13N O2), …  thể lỏng

 Conessin (C24H40N2), …  thể rắn

5 Tính chất chung của ALK

5.1 Lý tính

- Mùi vị: đa số không mùi, vị đắng và 1 số ít có vị cai (capsaicin, piperin, …)

- Màu sắc: hầu hết không màu trừ 1 số ít có màu vàng (berberin, palmatin…)

- Độ tan: nói chung ALK base không tan/H2O, dễ tan/các dung môi hữu cơ (MeOH, ether, benzen, …) Ngược lại các muối ALK dễ tan/H2O, hầu như không tan/các dm hữu cơ ít phân cực

Ngoại lệ:

 nicotin, cafein, …ALK base tan (1/80 trong H2O lạnh; ½ trong H2O sôi)

 Morphin, cephelin có chức phenol  tan/dung dịch kiềm

 Muối ALK berberin nitrat  rất ít tan/H2O

- Năng suất quay cực (D): phần lớn có khả năng quay cực (có C bất đối) như aconitin, pilocarpin…

- 1 số ALK là hỗn hợp (raxemic) như atropin, atropamin…(dạng l có tác dụng



5 Tính chất chung của ALK

5.2 Hóa tính

- Hầu như ALK đều có tính base yếu (trừ nicotin  xanh giấy quì đỏ)…

- Do base yếu  giải phóng ALK ra khỏi muối của nó bằng những kiềm (NH4OH, MgO, NaOH…)

- ALK + acid  muối tương ứng

- ALK + kim loại nặng (Hg, Bi, Pt…)  muối phức

- ALK + thuốc thử chung:

 Phản ứng tạo tủa

 Phản ứng tạo màu

5 Tính chất chung của ALK

5.2 Hóa tính

 Phản ứng tạo tủa

- Nhóm tt thứ nhất   rất ít tan/H2O

• tt Mayer (K2HgI4-kali tetra iodomercurat)   trắng/vàng nhạt

• tt Bouchardat (iodo-iodid)   nâu

• tt Dragendorff (KBiI4-kali tetra iodobismutat III)   vàng cam đến đỏ

• Muối Reinecke [NH4[Cr(SCN)4(NH3)2].H2O-amoni tetra sulfocyanua diamin cromat III)

• tt Scheibler, Godeffroy, Sonnenschein, …

Phản ứng tạo tủa rất nhạy, trong phân tích ALK 1 số thuốc thử trên được dùng với nhiều ý nghĩa khác nhau (định tính/định lượng…)

5 Tính chất chung của ALK

5.2 Hóa tính

 Phản ứng tạo tủa

- Nhóm tt thứ hai   dạng tinh thể

• Dung dịch vàng clorid

• Dung dịch platin clorid

• Dung dịch nước bão hòa acid picric

• Acid picrolonic

• Acid styphnic

Người ta thường đo điểm chảy của các dẫn chất này để góp phần xác định các ALK

5.2 Hóa tính

 Phản ứng tạo màu

- Một số tt ALK  những màu đặc biệt khác nhau, do đó người

ta cũng dùng phản ứng tạo màu để xác định ALK

 Bảng 1.1 Phản ứng tạo màu của ALK với tt tạo màu

5 Tính chất chung của ALK

Bảng 1.1 Phản ứng tạo màu của ALK với tt tạo màu

AKL H 2 SO 4 đặc HNO 3 đặc T.T Ecman

(Erdmann)

T.T Frôt (Frohde)

T.T

Mandelin

T.T Vadiki (Wasicky)

T.T Macki (Marquis)

T.T Mecke (Merke)

Hyocyamin

(atropin) Không

màu Không màu Không màu Không màu Không màu

Đun nóng có màu đỏ tím Không

màu Không màu

Strychnin Không

màu Vàng Không màu Không màu Tím xanh đỏ Không màu Không màu Không màu

Brucin Không Đỏ máu

 Vàng Vàng cam  vàng

Đỏ  vàng cam  vàng Vàng cam Không

màu Không màu Vàng cam

Berberin Vàng Đỏ nâu Nâu Xanh nâu Nâu

Codein Không Nâu nhạt Xanh bẩn

 Với ALK bay hơi được  có thể cất kéo theo hơi nước, thăng hoa

 Với ALK không bay hơi người ta sử dụng pp sau:

a Chiết xuất bằng dm hữu cở ở môi trường kiềm

b Chiết bằng dd acid loãng/cồn hoặc trong nước

c Chiết bằng cồn

6 Chiết xuất, tinh chế và phân lập

6.1 Chiết xuất

6.1.1 nguyên tắc chung

Alkaloid là các base yếu, trong cây có thể ở dạng

- ALK muối với acid hữu cơ, vô cơ (dễ chuyển dạng)

- ALK phức hợp bền với tannin (khó chuyển dạng)

Cần dùng kiềm thích hợp để tạo phản ứng :

• Nếu muốn chiết dưới dạng ALK base :

• Nếu muốn chiết dưới dạng ALK muối :

Chiết trực tiếp [Alk.H]+.X– với dung môi thích hợp (ROH)

6.1 Chiết xuất

6.1.1 nguyên tắc chung

Alkaloid muối trong dược liệu

· Alk muối mới tạo

ALK/dược liệu

6.1 Chiết xuất

Alk muối / DL

Alk muối mới

Alk base

Alk base

ROH

đổi pH và dung môi đổi pH và dung môi

đổi pH và dung môi đổi pH và dung môi

2 1A

1B

Chiết dạng ALK muối nguyên thủy trong cây

- làm ẩm bột dược liệu với vừa đủ dung môi chiết

- chiết bằng dung môi (cồn/cồn nước)

- cô thu hồi bớt cồn Tủa tạp bằng acid loãng

- kiềm hóa dịch acid, lắc với dmhc k m phân cực

áp dụng cho sản xuất quy mô trung bình  lớn

Khi chiết bằng [cồn + nước]; thường dùng MeOH, EtOH

6.1 Chiết xuất

1A

Sơ đồ Chiết dạng ALK muối nguyên thủy trong cây 1A

Bột dược liệu

Dịch chiết MeOH

Kiềm hoá

cô quay loại bỏ MeOH

Dịch lọc alk muối

+ HCl 2% lọc bỏ tủa

Cắn khô alk base Σ

cô quay thu DCM*

lọc qua MgSO4 loại nước MeOH Soxhlet, 3h

Alk base Σ / DCM*

SKC Si-gel

các alk base pure

chiết = DCM*

Chiết dạng alkaloid muối mới sinh

- làm ẩm bột dược liệu với vừa đủ dung môi chiết

- chiết bằng dung môi (cồn acid / nước acid )

- Trung tính hoá, cô bớt cồn

- tinh chế (loại tạp + chuyển dạng); kết tinh

áp dụng cho sản xuất quy mô trung bình  lớn

Khi chiết bằng [cồn + acid]:

thường dùng acid H2SO4, HCl, tartric, AcOH

(tạo alkaloid sulfat, hydrochlorid, tartrat, acetat)

1B

6.1 Chiết xuất

Sơ đồ Chiết dạng alkaloid muối mới sinh

Cô thu hồi cồn

Cô thu hồi d.môi hữu cơ

Loại tạp bằng nước, Et2O

Alk tartrat / dịch acid

• cồn - acid tartric

• loại tạp (tủa) bằng nước

• loại tạp (tan) bằng Et2O

• kiềm là dd Na2CO3

• dmhc là Et2O, CHCl3

Ban đầu:

6.1 Chiết xuất

• Nếu dùng dư acid có thể tạo muối k m tan hơn

Ví dụ: khi chiết berberin sulfat từ bột Vàng đắng

- nếu dùng H2SO4 rất loãng (vài ‰; pH 5,5 - 6,0)

sẽ tạo berberin sulfat, độ tan trong nước 33‰

- nếu dùng H2SO4 đậm đặc hơn (vài %; pH  3) sẽ tạo berberin bisulfat độ tan trong nước 10‰

(H2SO4, HCl nóng) mới có thể tạo ALK-sulfat, ALK-HCl

6.1 Chiết xuất

2

Chiết dạng alkaloid base

- làm ẩm bột dược liệu vừa đủ với kiềm thích hợp

- chiết bằng dmhc k m phân cực (DCM, Cf, Bz…)

- thu hồi dung môi; tinh chế (loại tạp); kết tinh

• Khi làm ẩm, tránh để dược liệu “quá ướt”

• tránh đun nóng (cô …) dịch ALK base (không bền)

• thích hợp khi thao tác nhanh (kiểm nghiệm)

• tránh sử dụng để chiết ngấm kiệt lâu / kiềm

6.1 Chiết xuất

Alk base / dmhcơ

Dược liệu

Cắn alkaloid base Từng alk base riêng

Lắc với acid loãng

Alk base / dmhcơ

Alk muối / nước

Cô giảm áp

Lắc với acid loãng

Alk muối / nước Kết tinh ph.đoạn Từng alk muối riêng

Dmhcơ / kiềm

Dmhcơ / kiềm

Dmhcơ / kiềm

SKC (Si-gel )

6.1 Chiết xuất

PP chiết bằng dung môi hữu cơ/kiềm có

• Ưu điểm

- áp dụng phổ biến với hầu hết ALK

- có tính chọn lọc, ALK-base thu được khá sạch

- thường ít khi tạo nhũ (như khi chiết = ROH)

- rất thích hợp cho kiểm nghiệm

• Nhược điểm

- tốn nhiều dung môi, dung môi độc hại

- khó áp dụng ở quy mô lớn (thiết bị, thời gian)

- bã sau khi chiết có thể gây ô nhiễm môi trường

- không thích hợp khi dược liệu có nhiều chất b o

6.1 Chiết xuất

Chiết ALK base nói chung

Chọn dung môi chiết:

- quy mô lớn dùng xăng công nghiệp, dầu hôi, Cf, CO2

- quy mô nhỏ (labo) dùng Cf, DCM, Bz, Et2O, EP, EtOAc… Dụng cụ: Bình ngấm kiệt, bộ đun hồi lưu, Soxhlet, bộ…

Lấy riêng lớp dmhc, cô  ALK base + tạp

có thể tinh chế tiếp bằng cách  ALK muối rồi lại

 ALK base Σ sạch hơn

2a

6.1 Chiết xuất

Chiết dạng ALK base bay hơi (nicotin )

- làm ẩm bột dược liệu vừa đủ với kiềm thích hợp

- chiết bằng phương pháp cất k o theo hơi nước

- thường dùng cho định tính, định lượng ngay

- Sản phẩm khá tinh khiết; có khi là 1 chất duy nhất

- Ph pháp này dễ thực hiện, rẻ tiền, sản phẩm sạch;

- có tính chọn lọc cao nhưng không phổ biến

2b

6.1 Chiết xuất

Sơ đồ Cất k o ALK base theo hơi nước 2b

dược liệu + kiềm

hơi nước sôi

nhiệt kế và

bộ tiếp nước

Alk base ngưng tụ

H+ loãng

6.1 Chiết xuất

Chiết các ALK base thăng hoa 2c

- làm ẩm dược liệu vừa đủ với kiềm thích hợp

- làm khô dược liệu, đun bằng nhiệt khô

- thu tinh thể ALK base vừa thăng hoa, tinh chế, kết tinh

- Phương pháp này dễ thực hiện, rẻ tiền, sản phẩm khá tinh khiết và có tính chọn lọc cao nhưng không phổ biến

Ví dụ: Chiết Cafein từ bột Trà cám, trà vụn

6.1 Chiết xuất

thăng hoa

ống ly tâm chứa nước đá

Sơ đồ Chiết các ALK base thăng hoa 2c (cafein, ephedrin )

6.1 Chiết xuất

Chú ý khi chiết ALK base

• Chú ý (1)

- các ALK base mạnh (N IV; pyridin; 2 Nitơ)

- các phức bền (alkaloid + tannin)

Cần dùng kiềm mạnh (NaOH, CaO ) mới có thể giải phóng ra ALK base

• Chú ý (2)

- các ALK base quá yếu (cafein, reserpin…)

có thể tan/dmhc kpc (bình thường) /ROH (bất thường)

Lưu ý tránh loại bỏ nhầm dịch ROH có chứa ALK base

Chú ý khi chiết ALK base

• Chú ý (3)

- morphin (& alkaloid có OH-phenol) phản ứng với kiềm tạo morphin base dạng phenolat (tan/nước)

- Nếu cho NH4X vào, môi trường sẽ có tính kiềm, và

(morphin base tủa trong môi trường kiềm)

Chú ý khi chiết ALK base

• Chú ý (4)

Khi ALK toàn phần trong cây gồm nhiều ALK có độ kiềm khác nhau (kiềm rất yếu, yếu, trung bình, mạnh)

Nếu dùng [dmhc k m phân cực] + [kiềm mạnh dần]

có thể chiết riêng từng nhóm ALK có tính kiềm tăng dần

Tránh dùng kiềm mạnh ngay từ đầu vì có thể làm biến

đổi cấu trúc của những ALK có tính kiềm yếu