Химия природных лекарственных веществ (стр. 1 )

Южно-Казахстанская государственная фармацевтическая академия

Кафедра фармакогнозии и химии

Специальность: 5В074800 – Технология фармацевтического производства

Дисциплина: Химия природных лекарственных веществ

Курс 3

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

2016-2017 уч. год

Методические рекомендации обсуждены и утверждены на заседании кафедры

Протокол №  от «  »  . 2016 г.

Зав. кафедрой

д. х.н., проф.                         ______________.

Занятие №1

1. ТЕМА: ПРАВИЛА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТЫ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ. МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

.2. Цель: Ознакомить студента с правилами работы в химической лаборатории природных соединений. Обучить методам выделения и очистки природных соединений

3. Задачи обучения: Студент должен знать правила безопасности работы в химической лаборатории природных соединений и освоить методы выделения и очистки природных веществ

4. Основные вопросы темы:

Правила работы в химической лаборатории природных соединений. Ведение лабораторного журнала Химические оборудования и установки применяемые в лаборатории химии природных соединений. Методы выделения биологически активных веществ из природного сырья. Перегонка с водяным паром. Экстракция. Методы очистки природных веществ. Колоночная хроматография. Перекристаллизация. Переосаждение.

5. Методы обучения и преподавания: инструктаж по технике безопасности. работа в парах, решение задач, тест-контроль

Методы выделения и очистки природных соединений

Наиболее распространены два способа выделения органических соединений из природных продуктов: перегонка с водяным паром и экстракция растворителями. Первым способом получают сравнительно небольшое количество веществ. Второй способ более универсален.

Перегонка с водяным паром. Данный метод имеет наибольшее значение для выделения эфирных масел. Эфиромасличные растения отличаются невысоким содержанием летучих веществ (редко более 1%). Чтобы получить эфирное масло в количествах, достаточных для исследования, необходимо переработать большое количество растительного материала.

В лабораториях применяют обычный прибор для перегонки с водяным паром, но колбу берут по возможности больших размеров и до горла загружают сырьем. Наклонное ее положение необязательно (рис. 1).

Рис.1. Прибор для отгонки эфирных масел

Приемником служат градуированная трубка с оттянутым концом или пипетка, опущенная в большую пробирку с тубусом. Верхний конец трубки расширен или снабжен небольшой конической воронкой. В таком приемнике можно не только собирать эфирное масло, но и определять его выход.

При помощи градуированной трубки эфирное масло легко отделяют от водного слоя. Для этого верхний конец трубки закрывают пальцем, трубку приподнимают и осторожно сливают воду, масло переносят в склянку и сохраняют для дальнейшей работы.

Экстракция. Выбор метода определяется в первую очередь свойствами выделяемого соединения. Наиболее широко применяются экстракционные методы. Экстракция (от лат. extraho — извлекаю) — метод извлечения вещества из раствора или сухой смеси с помощью подходящего растворителя (экстрагента). В лабораторной практике наиболее распространена экстракция настаиванием. Исходный материал предварительно высушивают на воздухе и измельчают. Подготовленный материал загружают в сосуд (колбу, склянку), заливают отмеренным количеством растворителя и оставляют на одну две сутки.

Для ускорения экстракции и достижения полноты извлечения при малой затрате растворителя, применяют аппарат Сокслета (рис. 3). Он удобен для аналитических исследований (например, для определения масличности семян), но в ряде случаев может быть использован и для накопления продуктов. Следует иметь в виду, что при длительном нагревании экстракта в приемной колбе частично могут осмоляться отдельные компоненты смеси. После получения растительного экстракта, содержащего сумму экстрактивных веществ, производят отгонку растворителя. Колба с экстрактом устанавливается в роторный испаритель (рис. 4), для отгонки растворителя и получения суммы экстрактивных веществ, которая остаётся в колбе.

Рис.3. Аппарат Сокслета: 1 - средний сосуд; 2 – холодильник для охлаждения и конденсирования паров растворителя; 3 – бумажный цилиндр; 4 – колба для нагрева растворителя и сбора экстракции.

Рис.4. Испаритель роторный RV8 V-C, IKA

Хроматографический метод разделения. Хроматографический анализ стал одним из важных и распространенных методов химического эксперимента. Он эффективен и удобен для разделения смесей, для очистки и идентификации соединений. Для правильного подбора элюента для колоночной хроматографии предварительно проводят анализ методом  тонкослойной хроматографии. Тонкослойную также иногда применяют для препаративного выделения индивидуальных веществ.

Тонкослойная хроматография (ТСХ). Тонкослойная хроматография – способ анализа (реже препаративного разделения) смесей жидких или твердых веществ, основанный на различном сродстве разделяемых веществ к неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент) фазам. Как правило, чем лучше вещество сорбируется неподвижной фазой - тем медленнее вещество двигается по пластине. Тонкослойная хроматография чрезвычайно чувствительный метод, позволяет обнаруживать до ~0.5 масс.-% примесей.

Для проведения ТСХ анализа необходимы стеклянный капилляр, ёмкость для пластины (камера), пластина с тонким слоем сорбента (Silufol или др.), а также элюент (подвижная фаза) (Рис. 5.).

Рис. 5. Необходимые оборудования для тонкослойной хроматографии

Капилляр представляет собой стеклянную трубку с внутренним диаметром 0.3-1.0 мм, вытянутую в пламени. Ёмкость для пластины - химический стакан с плоским дном, на дно которого наливается элюент слоем 4-6 мм. Для воспроизводимых результатов дно и стенки емкости выкладываются фильтровальной бумагой, которая пропитывается элюентом. Емкость закрывается крышкой (или чашкой Петри, часовым стеклом, или плоским стеклом) для избежания испарения элюента. Элюент, это подвижная фаза (растворитель или смесь растворителей): газ, жидкость. Выделяемые вещества не должны взаимодействовать с элюентом или разрушаться в его присутствии. Элюент наливается в емкость до образования слоя 4-6 мм.

Пластина для ТСХ. Ширина пластины определяется: по 5 мм от краев пластины, и 4-6 мм расстояние между пятнами. Длина пластины: от 5 см (для хорошо разделяющихся веществ) до 10 см или более (для сложных смесей).

Линия "старта" проводится карандашом на расстоянии 5-7 мм от нижнего края пластины, с этого же края отрезаются уголки (~2 мм) для того, чтобы фронт элюента шел по пластине ровным слоем.

Вещество наносится на пластину в виде раствора с достаточно небольшой концентрацией  Диаметр пятен 3-5 мм. При мелких пятнах <2 мм вещество на пластине сильно концентрировано, в результате - плохое разделение. При больших пятная >6 мм - вещество сильно размывается при элюировании затрудняя дифференциацию пятен.

При анализе фракций колоночной хроматографии пятна нумеруют. Линия "финиша" проводится карандашом после окончания элюирования на расстоянии 3-5 мм от верхнего края пластины.

Обнаружение пятен. Большинство органических соединений не окрашены, поэтому не удается визуально определить положение пятен на пластине. Поэтому, после проведения ТСХ анализа требуется проявить пятна в ультрафиолетовом свете (УФ), йоде (I2) или под действием специальных реагентов.

Рис.6. Определение Rf. b – расстояние от старта до финиша; a – расстояние от старта до центра пятна вещества.

Одним из основных показателей в ТСХ является показатель Rf. Этот параметр является аналогией времени удерживания и зависит как от свойств разделяемых веществ, состава подвижной фазы и сорбента, так и от физических параметров. Определение значения Rf проводят как отношение расстояния прошедшего веществом к расстоянию, прошедшего фронтом растворителя (Рис. 6.):

Колоночная хроматография. Колоночная хроматография - способ препаративного разделения смесей жидких или твердых веществ, основанный на различном сродстве разделяемых веществ к неподвижной (сорбент) и подвижной (элюент) фазам. Для проведения колоночной хроматографии собирают оборудование показанное на рисунке 7. Элюент может быть или индивидуальным растворителем или смесью нескольких растворителей. Элюент подбирают таким образом, чтобы на тонкослойной хроматограмме смеси (желательно на том же сорбенте), Rf продуктов различался не менее 0.15, и пятна выходили с Rf не более 0.5-0.6 после одного прогона хроматограммы. Элюент добавляется или непосредственно, или при помощи капельной (делительной) воронки. Колонка заполняется сорбентом. После чего сразу наносят вещество и приступают к элюированию. Вещества наносятся в индивидуальном виде - твердом (просто насыпают на колонку) или жидком (переносят пипеткой на колонку).

Рис. 7. Колоночная хроматография. 1 - сосуд для элюента; 2 – колонка;  3 – сорбент (Al2O3 или SiO2); 4 – колба для сбора фракции

Перекристаллизация. Перекристаллизация — метод очистки вещества, основанный на различии растворимости вещества в растворителе при различных температурах (обычно интервал температур от комнатной до температуры кипения растворителя, если растворитель — вода, или до какой-то более высокой температуры). Перекристаллизация подразумевает плохую растворимость вещества в растворителе при низких температурах, и хорошо — при высоких. При нагревании колбы вещество растворяется.