Chiết xuất, tinh chế và phân lập alcaloid

6. Chiết xuất, tinh chế và phân lập

6.1. Chiết xuất:

Việc chiết xuất alcaloid dựa vào tính chất chung sau:

- Alcaloid nói chung là những base yếu, thường tồn tại trong cây dưới dạng muối cảu acid hữu cơ hoặc vô cơ, đôi khi ở dạng kết hợp với tanin; nên phải tán nhỏ dược liệu để dễ thấm với dịch chiết và giải phóng alcaloid khỏi muối của nó bằng những kiềm trung bình hoặc kiềm mạnh.

- Hầu hết các alcaloid base không tan trong nước nhưng lại dễ tan trong dung môi hữu cơ ít phân cực (hydrocacbon thơm, chloroform, ether). Trái lại, các muối alcaloid thường tan trong nước, cồn và không tan trong các dung môi ít phân cực. Mặt khác còn tùy theo tính chất của alcaloid như loại bay hơi hoặc không bay hơi mà dùng phương pháp chiết xuất cho thích hợp.

* Đối với những alcaloid bay hơi được như coniin (trong cây Conium maculatum), nicotin (trong cây thuốc lá), spactein (trong cây Cytisus scoparius)… có thể cất kéo được bằng hơi nước thì sau khi sấy khô dược liệu, tán nhỏ, cho kiềm vào để đẩy alcaloid dạng muối ra dạng base rồi lấy alcaloid ra khỏi dược liệu theo phương pháp cất kéo bằng hơi nước, người ta thường hứng dịch cất được vào trong dung dịch acid và từ đó thu được muối alcaloid.

* Đối với những alcaloid không bay hơi người ta sử dụng những phương pháp sau:

a. Chiết xuất bằng dung môi hữu cơ ở môi trường kiềm:

- Tán nhỏ dược liệu rồi tẩm bột dược liệu với dung dịch kiềm trong nước. Thường dùng amoni hydroxyt, cũng có thể dùng cacbonat kiềm nhưng chỉ thích hợp với alcaloid có tính base mạnh. Vôi, NaOH chỉ dùng khi cần thiết để đấy các base mạnh, đặc biệt đối với những alcaloid tồn tại trong cây ở dạng kết hợp với tanin; hoặc dùng để biến các alcaloid có nhóm chức phenol thành phenat tran trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ. Người ta sử dụng tính chất này để lấy riêng morphin trong phương pháp định lượng morphin ở nhựa thuốc phiện.

- Chiết bột dược liệu sau khi đã kiềm hóa như trên bằng dung môi hữu cơ không phân cực thích hợp, dung môi này hòa tan các alcaloid base vừa được giải phóng. Ở phòng thí nghiệm thường dùng benzen, choloroform, ether + chloroform. Trong sản xuất công nghiệp người ta phải chú ý dùng dung môi rẻ tiền, ít độc, khó cháy. Có thể chiết nguội trong bình ngấm kiệt hoặc chiết nóng trong các dụng cụ Soxhlet hoặc Kumagava.

- Cất thu hồi dung môi hữu cơ dưới áp lực giảm rồi lắc dịch chiết cô đặc với dung dịch acid loãng (2-5%), (thường dùng acid hydrocloric, acid sulfuric, đôi khi dùng acid acetic hoặc acid focmic). Các alcaloid được chuyển sang dạng muối tan trong nước; còn mỡ, sắc tố, sterol… ở lại dung môi hữu cơ. Trong phòng thí nghiệm người ta lắc trong bình gạn, trong công nghiệp phải có thiết bị thích hợp.

- Gộp các dịch chiết muối alcaloid lại rồi kiềm hóa để chuyển alcaloid sang dạng base, lắc với dung môi hữu cơ thích hợp nhiều lần để lấy kiệt alcaloid base. Việc chiết bằng dung môi hữu cơ có thể dùng bình gạn hoặc các dụng cụ chiết chất lỏng theo kiểu bình ngấm kiệt.

- Sau khi lấy riêng lớp dung môi hữu cơ chứa alcalod base người ta thường loại nước bằng muối trung tính khan nước (Na₂SO₄ khan) rồi cất thu hồi dung môi hoặc bốc hơi dung môi sẽ thu được cắn alcaloid thô.

b. Chiết bằng dung dịch acid loãng trong cồn hoặc trong nước:

- Thẩm ẩm bột dược liệu bằng dung môi chiết xuất. Các alcaloid trong dược liệu sẽ chuyển sang dạng muối và tan trong dung môi trên.

- Cất thu hồi dung môi hoặc bốc hơi dung môi dưới áp lực giảm, dùng ether rửa dịch chiết đậm đặc còn lại. Ở môi trường acid, ether thường hòa tan một số tạp chất chứ không hòa tan các alcaloid.

- Sau khi tách lớp ether, kiềm hóa dung dịch nước rồi lấy alcaloid base được giải phóng ra bằng một dung môi hữu cơ thích hợp, (dung môi này phải không trộn lẫn với dung dịch nước) thường dùng chloroform, ether, benzen… Cất thu hồi dung môi hữu cơ rồi bốc hơi tới khô sẽ thu được cặn alcaloid thô.

Phương pháp này còn gọi là phương pháp STAS – OTTO.

c. Chiết bằng cồn:

Có một số alcaloid trong dược liệu tồn tại dưới dạng muối tan tốt trong cồn ở môi trường trung tính do đó sau khi tán nhỏ dược liệu ở kích thước thích hợp đem thấm ẩm và chiết bằng cồn etylic cho tới kiệt alcaloid. Quá trình tiếp theo được thực hiện tương tự như ở trên.

Trong quá trình chiết xuất người ta dùng thuốc thử tạo tủa để kiểm tra xem các alcaloid đã lấy kiệt chưa.

Các phương pháp chung  đã nêu ở trên có kết quả tốt đối với phần lớn các alcaloid trong dược liệu, nhưng có một số alcaloid ở dạng base lại tan nhiều trong nước (ephedrin, colchicin…) hoặc ở dạng muối ít tan trong nước (becberin nitrat…) tan trong dung môi hữu cơ (reserpin hydroclorid tan trong chloroform) thì người ta phải có cách riêng cho thích hợp.

6.2. Tinh chế và phân lập

Sau khi chiết xuất ít khi thu được một alcaloid tinh khiết mà thường là một hỗn hợp các alcaloid còn lẫn tạp chất.

Nếu chỉ có một alcaloid thô thì có thể tinh chế bằng cách chuyển nó nhiều lần từ dung môi hữu cơ sang dung môi nước và ngược lại, cuối cùng bốc hơi dung môi ta được một alcaloid tinh khiết.

Nếu là hỗ hợp nhiều alcaloid, để tinh chế và phân lập riêng từng alcaloid trước đây thường dùng phương pháp kết tinh phân đoạn bằng các dung môi, ngày nay người ta sử dụng thêm một số phương pháp khác: Phương pháp trao đổi ion, phương pháp sắc ký cột, sắc ký lớp điều chế…

1. Phương pháp trao đổi ion:

Phương pháp trao đổi ion dựa vào sự trao đổi thuận nghịch giữa các ion trong dung dịch muối alcaloid và các ion đã bị hấp phụ trên chất mang (nhựa trao đổi ion).

Các nhựa trao đổi ion (ionit) được dùng là các cationit (=những cao phân tử rắn mang nhóm acid có khả năng hấp phụ các cation) và các anionit (= những cao phân tử rắn mang nhóm base có khả năng hấp phụ các anion). Các nhựa trao đổi ion này không tan trong nước và các dung môi hữu cơ,

Muối alcaloid hòa tan trong nước tạo ra các cation lớn:

B.HCl  ↔ [BH]⁺  +   Cl^-

Quá trình trao đổi của dung dịch muối alcaloid với nhựa trao đổi ion xảy ra như sau:

a. Nếu sử dụng cationit:

Cat^-.H^-  +  [BH]⁺Cl^-  ↔  Cat-.[BH]⁺  + H⁺  + Cl^-

Nhựa cationit hấp phụ alcaloid tạo ra dạng muối alcaloid, alcaloid này sẽ được đẩy ra khi có dung dịch kiềm hoặc amoniac, theo phương trình sau:

Cat^-.[BH]⁺  + [NH₄]⁺OH^-  ↔  Cat^-.[NH₄]⁺  + B  +  H₂O

Alcaloid base không  hòa tan trong nước, được giữ lại trong cột và sau đó được chiết ra bằng một dung môi hữu cơ hoặc hỗn hợp dung môi thích hợp.

b. Nếu sử dụng anionit:

Ani⁺OH^-    +    [BH]⁺Cl^-    ↔       Ani⁺Cl^-     +  B  +  H₂O

Khi  cho dung dịch muối alcaloid qua cột anionit ở dạng OH^- các gốc acid được trao đổi với OH^-, alcaloid được giải phóng dạng base và sau đó được chiết ra bằng dung môi hữu cơ hoặc hỗn hợp dung môi thích hợp.

Cácalcaloid trong hỗn hợp thường có độ kiềm khác nhau, do đó khi cho qua cột trao đổi ion có sự hấp phụ khác nhau và trong lớp ionit xảy ra sự trao đổi kép nối tiếp nhau, chất có độ kiềm lớn bị giữ lại ở trên, còn những chất có độ kiềm nhỏ chuyển sâu vào cột ionit do đó người ta có thể lấy tách riêng các alcaloid ra.

2. Phương pháp sắc ký cột:

Dựa trên nguyên tắc các thành phần trong hỗn hợp alcaloid có độ hấp phụ khác nhau trên chất hấp phụ đã nạp trong cột, bột cellulose… khi cho dịch chiết alcaloid qua cột, các alcaloid sẽ phân bố lần lượt trong cột, ở phần trên của cột sẽ tập trung chất bị hấp phụ mạnh nhất, còn ở phần dưới của cột tập trung chất hấp phụ kém nhất. Tuy nhiên các miền chưa được phân chia thành ranh giới rõ rệt, nghĩa là chưa phân chia rõ rệt các chất trong cột. Do đó để tách hoàn toàn các alcaloid có trong cột người ta phải dùng một dung môi hay một hệ dung môi chạy qua cột để rửa dải các alcaloid đã hấp phụ trong cột.

3. Sắc ký lớp điều chế:

Dựa theo nguyên tắc của sắc ký lớp mỏng, dịch chiết đậm đặc alcaloid được chấm lên những tấm kính đã tráng chất hấp hấp phụ tương đối dày thành một đường thẳng. Sau khi khai triển bằng một hệ dung môi thích hợp, các chất khác nhau có tốc độ di chuyển khác nhau nên được tách ra một cách dễ dàng dưới ánh sáng tử ngoại người ta thường dùng chất hấp phụ có trộn thêm chất phát quang. Ví dụ như silicagen GF₂₅₄, silicagen GF_254+366, oxid nhôm  GF_254+366 của hãng MERCK (CHLB Đức). Nếu chất hấp phụ không có chất phát quang thì người ta dùng tấm kính khác phủ lên tấm sắc ký, trên cơ sở ấy đánh dấu từng dải đã chứa alcaloid. Sau đó cạo lấy riêng từng phần chất hấp phụ có chứa các alcaloid riêng biệt, rồi chiết riêng lấy từng chất bằng dung môi thích hợp. Sau khi bốc hơi dung môi sẽ thu được từng alacloid riêng biệt.

www.duoclieu.org

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Ngô Văn Thu (2011), “Bài giảng dược liệu”, tập I. Trường đại học Dược Hà Nội

Phạm Thanh Kỳ và cs. (1998), “Bài giảng dược liệu”, tập II. Trường đại học Dược Hà Nội

Đỗ Tất Lợi (2004), “Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam”, Nhà xuất bản Y học

Viện dược liệu (2004), “Cây thuốc và động vật làm thuốc ở Việt Nam”, tập I, Nhà xuất bản khoa hoc kỹ thuật.

Viện Dược liệu (2004), “Cây thuốc và động vật làm thuốc Việt Nam”, tập II, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.