Практикум по химии природных соединений (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Новосибирский национальный исследовательский государственный университет

ФАКУЛЬТЕТ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

Кафедра органической химии

ПРАКТИКУМ ПО ХИМИИ ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Новосибирск

2013

Пособие предназначено для студентов 2–го курса, обучающихся по направлению "Химия", рекомендуется также студентам других специальностей, изучающим органическую химию.

Пособие охватывает следующие основные темы: выделение органических соединений из природного сырья, разделение смесей на индивидуальные соединения и синтетические трансформации природных соединений.

Данное пособие направлено, в частности, на развитие у обучающихся ключевых навыков в таком направлении, как препаративная органическая химия направленного синтеза биологически активных веществ.

Методические указания по выполнению лабораторных работ разработаны в рамках Программы развития НИУ-НГУ

Оглавление

Введение 5

Бетулин из березовой коры 6

Бетулоновая кислота 6

Бетулиновая кислота 7

Ламбертиановая кислота из кедровой живицы 7

Метиловый эфир ламбертиановой кислоты 8

Фломизоиковая кислота 8

Технический холестерин их жира 9

Холестерина дибромид 9

Холестерин из дибромида холестерина 10

5α,6β-Дибромохолестан-3-он 11

Ацетат холестерина 11

Никотин из табака 12

Никотиновая кислота 12

Кофеин из чая 13

Теобромин из порошка какао 13

Кофеин из теобромина 13

Танин из чернильных орешков 14

Галловая кислота из танина 14

Казеин из молока 14

Тирозин из казеина 15

3-Ацилтирозин 16

Флавиановокислый L-аргинин из желатина 16

Хлористый L-аргинин 17

Лактоза из молока 17

Гидролиз лактозы до D-галактозы 18

Слизевая кислота 18

Пиррол 19

Дифенилформазан D-галактозы 20

Арбутин из листьев толокнянки 20

D-глюкозамин из хитина. Получение хитина 21

Получение солянокислого D-глюкозамина 21

Получение D-глюкозамина 21

Фурфурол из отрубей 22

Получения хлоргидрата дианила глутаконового альдегида 22

5-Бромфурфурол. 22

Пирослизевая кислота 23

Глицерин из животного жира 23

Жирные кислоты из жира 24

Левулиновая кислота 25

α-Ангеликалактон 25

Пировиноградная кислота 26

Терпинеол из пинена 26

Хлористый борнил из пинена 26

Лимонен из терпинеола 27

Ментон из ментола 27

Камфен из изоборнеола 28

Камфара из изоборнеола 28

Введение

Синтетические трансформации природных соединений традиционно занимают важное место в процессе создания новых лекарственных агентов. В настоящее время лекарственные препараты, полученные на основе модифицированных природных соединений, по объему продаж занимают лидирующее положение.

В связи с этим химия природных соединений оказывает сильное влияние на развитие основных разделов медико-биологического наук, а также на решение многих важных практических вопросов здравоохранения, сельского хозяйства, ряда отраслей промышленности. Необходимо глубокое изучение связи «структура-активность» для борьбы с наиболее опасными заболеваниями (рак, грипп, ВИЧ, лучевая болезнь, гипертония, некоторые инфекционные и психические заболевания).

В настоящее время химия природных соединений представляет собой самый крупный раздел органической химии. Больше половины всех исследований в области органической химии посвящается сейчас природным соединениям.

Автором настоящего пособия руководило желание показать разнообразие структур, с которыми работает химия природных соединений, и познакомить с ее основами на практически доступных объектах.

Бетулин из березовой коры

(от лат. betula (береза)

В круглодонную колбу объемом 500 мл, снабженную обратным холодильником, загружают 10 г измельченной (от 1 до 5 мм), бересты березы, заливают 120 мл воды, прибавляют 10 г щелочи (гидроксида калия или натрия) и кипятят в течение 30 минут. Затем в реакционную колбу через обратный холодильник прибавляют 160 мл этилового или изопропилового спирта и кипятят еще в течение 10-15 минут. Горячую реакционную массу быстро отфильтровывают. Фильтрат переносят в колбу для перегонки и отгоняют спирт. После отгонки спирта наблюдают выпадение в колбе белых кристаллов бетулина. Бетулин отфильтровывают, промывают на фильтре горячей водой до нейтральной реакции. Сушат при комнатной температуре. После высушивания бетулин перекристаллизовывают из этилового или изопропилового спирта. Температура плавления чистого бетулина 258- 260°С. Определяют выход бетулина сырца и выход бетулина после перекристаллизации из спирта.

Бетулоновая кислота

К суспензии 10 г бетулина в 400 мл ацетона, при 0°С прикапывали 26 мл реактива Джонса (см. примечание) в 100 мл ацетона в течение 0.5 ч. Реакционную смесь перемешивали при 0°С в течение 7 ч, затем добавляли изопропанол до появления интенсивной зеленой окраски и реакционную смесь выливали на смесь льда с разб. соляной кислотой. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, затем растворяли в серном эфире (~200 мл), органический слой промывали 10%-ным раствором соляной кислоты, водой, 5%-ным раствором соды, насыщенным раствором соды. Из реакционной смеси отгоняли большую часть серного эфира и затем к оставшейся части добавляли 12 мл 2М раствора гидроксида натрия. Образовавшийся осадок натриевой соли бетулоновой кислоты отфильтровывали, тщательно промывали серным эфиром, насыщенным раствором соли, холодной водой и сушили в эксикаторе. Высушенную натриевую соль бетулоновой кислоты растворяли в 40 мл метилового спирта, добавляли 22 мл уксусной кислоты и разбавляли реакционную смесь 30 мл теплой воды. Осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили в эксикаторе. Получали 4.8 г (47%) бетулоновой кислот с т. пл. 230-233°С.

Примечание. Реактив Джонса. Смесь 53.44 г оксида хрома (VI) в 46 мл концентрированной серной кислоты аккуратно разбавляли дистиллированной водой до 200 мл.

Бетулиновая кислота

К 1.25 г бетулоновой кислоты в 50 мл ТГФ при 0°С порциями добавляли 1.1 г тетраборгидрида натрия при перемешивании. Далее реакционную смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 19 ч. Полученную реакционную смесь выливали на смесь льда с соляной кислотой, осадок отфильтровывали, промывали водой до нейтральной среды, высушивали на воздухе и перекристаллизовывали из метилового спирта. Получали 0.5 г (40%) бетулоновой кислоты с т. пл. 290-292°С.

Ламбертиановая кислота из кедровой живицы

(от лат. Pinus lambertiana Dougl)

100 г кедровой живицы растворяют в 300 мл диэтилового эфира, фильтруют и нейтрализуют 40 мл циклогексиламина, Выделившиеся циклогексиламиновые соли отделяют и промывают эфиром, Эфирный маточник промывают 10 - ной фосфорной кислотой и водой, сушат, эфир частично отгоняют до получения примерно до объема 50 мл. Эфирный раствор нейтрализуют диэтиламином до слабощелочной реакции по фенолфталеину. Выпадает 13,2 г диэтиламиновой соли с т. пл.118-122°С, После двух кристаллизаций из этанола получают 7,0 г диэтиламиновой соли с т. пл. 125-126°С. Соль разлагают 10% водным раствором фосфорной кислоты, ламбертиановую кислоту экстрагируют диэтиловым эфиром, экстракт промывают водой, сушат, эфир удаляют. Получают 5,4 г ламбертиановой кислоты с т. пл. 127-128°С.

Метиловый эфир ламбертиановой кислоты

В круглодонной колбе растворяют 9 г ламбертиановой кислоты в 30 мл эфира и при перемешивании добавляют раствор диазометана в эфире (см. Примечание) пока не появится устойчивое слабожелтое окрашивание, прибавление следует вести медленно и осторожно, не допуская вспенивания. Полученный раствор перемешивают при комнатной температуре еще 2 часа, а затем осторожно упаривают на ротационном испарителе. Получают практически чистый продукт в виде масла, выход около 9 г (96% от теории).

Примечание. Для получения диазометана прибавляют небольшими порциями 10 г нитрозометилмочевины к 100 мл чистого эфира, который находится над слоем сильно охлажденного 40%-ного раствора едкого кали; последний берут в количестве 30 мл. Разложение проводят под тягой в широкогорлой колбе. Колбу все время встряхивают и поддерживают температуру смеси равной 5°С; реакция заканчивается в течение 5 мин. Раствор диазометана в эфире (окрашенный в темно-желтый цвет) сливают в сухую колбу, споласкивают остаток небольшим количеством эфира и сушат эфирную вытяжку несколькими кусочками едкого кали (в течение примерно 3 час.). Раствор помещают в маленькую узкогорлую колбу и сохраняют препарат на холоду, если его не применяют тотчас же.

Фломизоиковая кислота

(от лат. названия растения Phlomis)

В круглодонной колбе растворяют 9 г ламбертиановой кислоты в 30 мл бензола и обрабатывают 0.3 г пара-толуолсульфоксилоты. Кипятят с обратным холодильником 8-10 часов. Растворитель отгоняют на ротационном испарителе. Остаток растворяют в хлороформе и пропускают через тонкий слой силикагеля для отделения от осмоления и пара-толуолсульфоксилоты. Прошедший через силикагель раствор упаривают, а остаток перекристаллизовывают из гексана. Выход фломизоиковой кислоты 7.66 г ( 86%), т. пл. 119–122°С.

Технический холестерин их жира

(от др.-греч. χολή — желчь и στερεός — твёрдый)

Берется животный жир. Лучше всего свиное сало 100 г, только свежее. Режем на дольки и экстрагируем хлороформом. Можно хлороформом с метанолом (этанолом). Полученный экстракт сушим над сульфатом натрия безводным или сульфатом магния. Упариваем досуха в вакууме. Сухой остаток заливаем спиртом, в котором растворен гидроксид калия, ставим на кипячение с обратным холодильником, минут за 30 триглицериды и другие сложные эфиры превращаются в этиловые эфиры, добавляем воды в колбу и поддерживаем кипение. Воды надо добавить где-то половину от объема реакционной смеси. Покипятив минут 30, остужаем до комнатной температуры и экстрагируем реакционную смесь гексаном (петролейным эфиром). Полученный экстракт промываем водой, сушим над безводным сульфатом натрия или магния. В этом экстракте содержится практически чистый холестерин, около 0.1 г Вернее, технически чистый, так как примеси все же имеют место быть.