CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
3.1. Điều chế Zerumbone chất lƣợng cao ( 99%)
3.1.1. Nguyên liệu cho điều chế zerumbone
Đề tài của chúng tôi là một phần của đề tài nghiên cứu khoa học quốc gia mã số CNHD- ĐT- 018/10-11 thuộc chƣơng trình KHCN trọng điểm quốc gia phát triển CN hóa dƣợc đến năm 2020. Trong đề tài này ngƣời ta đã xác định nguyên liệu cho sản xuất zerumbone là củ gừng gió (rhizomer of Zingiber zerumbet Sm) thu mua tại Tam Đảo tỉnh Vĩnh Phúc vào cuối tháng 11 dƣơng
lịch, do ThS Nguyễn Quốc Bình thu mua, phân loại, giám định và cung cấp. Điều chế zerumbone có thể đi từ củ gừng gió tƣơi hay củ gừng gió khơ. Theo dõi quá trình bảo quản củ gừng gió, chúng tơi thấy từ lúc thu hoạch cuối tháng 11 đầu tháng 12 dƣơng lịch, bảo quản đến tháng 3 tháng 4 năm sau thì củ gừng gió mọc mầm và biến chất, hàm lƣợng Zerumbone rất thấp. Chính vì lí do này nên chúng tôi đã nghiên cứu điều chế zerumbone từ bột củ gừng gió khơ, hiệu suất chuyển đổi đƣợc từ củ khô là 14,28%, hơn nữa nguyên liệu khô cho phép sản xuất đƣợc quanh năm nên thuận tiện cho việc cơng nghiệp hóa q trình sản xuất.
3.1.2. Điều chế phần không phân cực (dầu Zerumbone) và zerumbone tinh khiết khiết
Qua phần tổng quan chúng ta thấy có thể chia các hợp chất trong củ gừng gió thành 2 phần: phần phân cực là các flavonoit, cucurminoit…, phần không phân cực là các tinh dầu, các tecpenoit… Zerumbone là 3,7,11-tetramethyl- (E,E,E)- 2,6,9- cycloundecatrien- 8- on, nên nó là chất kém phân cực. Nó ở trong phần các hợp chất khơng phân cực của củ cây gừng gió.
Để thu đƣợc phần khơng phân cực này chúng tôi chiết tổng các chất trong bột củ gừng gió khơ bằng EtOH 96%, loại bớt EtOH cịn 1/5 thể tích, rồi pha
thêm 4/5thể tích nƣớc muối 10% và chiết bằng n-hexan, sau đó làm khơ và loại n-hexan đƣợc phần khơng phân cực hiệu suất đạt 4% tính theo nguyên liệu khô.
Từ phần không phân cực tiến hành điều chế zerumbone tinh khiết bằng 3 phƣơng pháp: Sắc ký cột (CC), sắc ký lớp mỏng điều chế (PTLC) và phƣơng pháp kết tinh phân đoạn (FCr). So sánh chất lƣợng và hiệu suất zerumbone của 3 phƣơng pháp này đƣợc số liệu trên bảng 3.1.
Bảng 3.1: Hiệu suất zerumbone thu đƣợc từ 3 phƣơng pháp phân lập khác nhau
Phƣơng pháp CC PTLC FCr
Hiệu suất (%) 0,10 0,08 0,35
Điểm chảy 66-67% 66-67% 66-67%
Rf 0,75 0,75 0,75
Kết quả trên cho thấy phƣơng pháp tối ƣu để điều chế Zerumbone tinh khiết từ thân rễ gừng gió là kết tinh phân đoạn ở nhiệt độ thấp.
Từ các kết quả trên chúng tôi đề xuất quy trình cơng nghệ sản xuất zerumbone tinh khiết nhƣ ở sơ đồ 3.1.
Thực hiện quá trình này một cách triệt để chúng tơi thu đƣợc zerumbone 99,5% đạt hiệu suất 0,35% tính theo nguyên liệu tƣơi. Trong khi đó cũng bằng cách chiết phần không phân cực rồi qua phƣơng pháp sắc ký cột Abdul và cộng sự trong bằng phát minh của mình số US2009/0239953 A1 cơng bố Sep.24,2009 chỉ thu đƣợc zerumbone với hiệu suất 0,062% tính theo nguyên liệu tƣơi. Trong các tài liệu khác chúng tôi cũng chƣa tìm thấy quy trình điều chế zerumbone từ củ gừng gió có hiệu suất cao. Sự trình bày trên cho thấy quy trình điều chế zerumbone 99,5% từ củ gừng gió vùng Tam Đảo có nhiều ƣu điểm và cho hiệu suất cao, tuy nhiên hiệu suất sản phẩm còn phụ thuộc chất lƣợng nguyên liệu.
Sơ đồ 3.1 : Quy trình cơng nghệ sản xuất Zerumbon tinh khiết từ bột củ gừng gió khơ Bột củ gừng gió khơ 1.Chiết bằng EtOH 96% 2.Loại bớt EtOH cịn 1/5V 3. Thêm 4/5V nƣớc muối, chiết bằng n-hexan 4. Làm khô, loại n-hexan
Dầu Zerumbone
Zerumbone thô
Zerumbone tinh khiết
Công đoạn I
Điều chế dầu Zerumbone
Công đoạn II
Điều chế Zerumbone thô
Công đoạn III
Điều chế Zer tinh khiết
1. Kết tinh chậm ở nhiệt độ thấp 2. Lọc qua phễu thủy tinh xốp G4
1. Kết tinh phân đoạn ở nhiệt độ thấp và dung mơi thích hợp 2. Lọc bằng phễu butne qua giấy lọc
Độ tinh khiết của sản phẩm đƣợc kiểm tra bằng UPLC- MS và GC-MS
(GC6890HP; detector MSD5973N), trên phổ UPLC-MS chỉ cho 1 pic duy nhất đ (phụ lục 1 trang 62)
Cấu trúc của Zerumbone đã đƣợc chứng minh bằng các phƣơng pháp phổ : + Phổ khối của Zerumbone cho pic M+ =219,19 nghĩa là phân tử lƣợng Zer-1 là 218 đv (xem phụ lục 2 trang 63 ).
+ Phổ IR cho thấy trong phân tử Zerumbone có liên kết đơi 2 nhóm thế dạng trans có H = 965,18cm-1 và liên kết đơi ba nhóm thế có H= 831,33cm-1 (xem phụ lục 3 trang 64 ).
+ Phổ 1H-NMR cho thấy phân tử Zer-1 có 2H của liên kết đơi loại E dạng pic AB, dd ở 5,96ppm và 5,88ppm, J = 16,37Hz và J= 16,40Hz. Hai nhóm metin có H = 6,00; J = 11,12Hz và H = 5,25 và J = 10,63, một nhóm metylen có H = 1,90; J = 12,72. Một nhóm gemdimetyl có H = 1,07 và 1,20ppm dạng singlet và 2 metyl singlet khác có H = 1,79 và 1,54ppm (xem phụ lục 4 trang 65).
+ Phổ 13C-NMR cho thấy trong phân tử Zerumbone có 15 nguyên tử cacbon, trong đó có một nhóm >C=O, C = 204,33 ppm. 6 cacbon olefin có độ chuyển dịch hóa học từ 124ppm đến 160ppm và 8 cacbon ở vùng trƣờng mạnh có C từ 11ppm đến 42ppm (phụ lục 5 trang 66).
+ Phổ DEPT cho thấy phân tử Zerumbone có 4 nhóm CH3, 3 nhóm CH2, và 4 nhóm CH (phụ lục 6 trang 67).
Dựa trên những dữ liệu phổ, công thức phân tử của Zerumbone đƣợc xác định là C15H22O , công thức cấu tạo nhƣ trong hình 3.1 và các dữ liệu phổ đƣợc thể hiện trong bảng 3.2.
Hình 3.1: Cơng thức cấu tạo của Zerumbone Bảng 3.2: Số liệu phổ NMR của Zerumbone
13C-NMR 1H-NMR Số C C ppm H ppm Số H Độ bội J.Hz 1 42.38 2.45; 1.90 2H d,d 11.39; 12.72 2 127.14 5.25 1H t 10.63 3 136.26 4 39.42 2.34 2H t 12.55 5 29.41 2.22 2H q 12.00 6 148.80 6.00 1H t 11.12 7 137.93 8 204.33 9 124.97 5.96 1H d 16.37 10 160.72 5.88 1H d 16.40 11 37.84 12 15.19 1.54 3H s 13 11.76 1.79 3H s 14 24.38 1.07 3H s 15 24.17 1.20 3H s