dại cương về hóa học hợp chất tự nhiên
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.25 MB, 38 trang )
ĐẠI CƯƠNG
Định nghĩa
Là những hợp chất hoá học do tự nhiên cung cấp.
Nguồn cung cấp: thực vật hoặc động vật.
Phân loại
Dựa vào chức năng sinh học:
Chất trao đổi bậc 1 (chất biến dưỡng nhất cấp:
primary metabolite)
Chất trao đổi bậc 2 (chất biến dưỡng thứ cấp:
secondary metabolite)
Chất trao đổi bậc 1 là các chất tham gia vào quá trình sinh
trưởng của cây như hydrat carbon, lipid và acid amin.
Chất trao đổi bậc 2 là các chất mà vai trò chủ yếu của chúng
không phải là để nuôi sống và phát triển của cây cỏ.
Vai trò của chúng còn nhiều vấn đề chưa hiểu biết hết, chúng
có thể chỉ hiện diện trong một loài đặc trưng hoặc một nhóm
sinh vật, chúng có thể đóng vai trò là chất gây chán ăn cho
một số loài động vật như chất dẫn dụ côn trùng; như tác nhân
kháng sinh hoặc có khi không có vai trò rõ rệt nào cả…
Trong lĩnh vực nghiên cứu, nhất là y học và nông nghiệp;
các chất trao đổi bậc 2 chính là đối tượng nghiên cứu quan
trọng do các tác dụng sinh lý và dược lý của chúng như tác
dụng kháng sinh, diệt nấm, tác dụng ức chế hoặc độc đối với
tế bào; tác dụng kích thích hoặc ức chế sinh trưởng và các
tác dụng dược lý, sinh lý khác.
Dựa vào phân loại hoá học:
Hợp chất tự nhiên được sắp xếp theo các nhóm chức cơ
bản:
Hydratcarbon
Lipid và acid béo
Acid amin
Baz amin (alkaloid)
Saponin
Terpenoid
Glycosid …
Trong cây, các hợp chất hữu cơ tồn tại ở dạng hòa tan trong nước,
dầu béo hoặc tinh dầu.
Các chất hòa tan trong nước (dịch tế bào) là các hydrat carbon phân
tử bé (monosaccharid, oligosaccharid), một số polysaccharid
(pectin, gôm), các glycosid (saponin, flavonoid, iridoid…) muối
alcaloid của các acid hữu cơ, acid amin. Các hợp chất phenol hòa
tan dưới dạng glycosid (flavonoid, tanin) hoặc dạng phức hợp
khác.
Các chất tan trong dầu béo và tinh dầu là các hydrocarbon,
monoperpen, sterol, carotenoid …
Dầu và tinh dầu được khu trú trong những bộ phận riêng biệt của
cây như ở hạt, vỏ, thân (tinh dầu)
Các nguyên tử mang điện tích âm có thể là: O, N, S, F, Cl… Như
vậy các nhóm như: -OH, -CO, -NO2, -NH2, -COOH, -SO2, và
các Halogen đều là những nhóm phân cực. Các phân tử càng có
nhiều nhóm phân cực thì tính phân cực càng mạnh, nhưng nếu
mạch carbon càng dài thì độ phân cực sẽ giảm.
Thí dụ: các glycosid là những chất phân cực mạnh do phần đường
của chúng có nhiều nhóm phân cực (-OH), mạch đường càng dài
thì độ phân cực càng cao.
Nếu glycosid bị thủy phân cắt mất phần đường, chỉ còn lại phần
aglycon thì tính phân cực của aglycon sẽ giảm hẳn.
Một yếu tố khác ảnh hưởng đến vấn đề chiết xuất là các enzym
có trong cây. Trong quá trình chế biến, nếu không khống chế
hoạt động của các enzym thì các glycosid có thể bị thủy phân
một phần hoặc toàn phần làm thay đổi tính phân cực, do đó
thay đổi độ hòa tan của các hợp chất đối với dung môi.
QUY TRÌNH NGHIÊN CỨU
CÁC HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN
Phân lập
Xác định cấu trúc Cấu tạo hóa học
Chuyển hoá, tổng hợp
MẪU VẬT
CÁC CHẤT TINH KHIẾT
- Tên khoa học
VD: Momordica charantia L.
(Cucurbitaceae)
- Sinh trưởng (địa điểm lấy mẫu)
- Bộ phận nghiên cứu
- Các phương pháp chiết xuất
- Các phương pháp cô lập (sắc ký)
I. PHÂN LẬP CÁC HỢP CHẤT THIÊN NHIÊN
II. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC HOÁ HỌC
Dùng các phương pháp phổ nghiệm để xác định cấu trúc:
Phổ hồng ngoại: IR
Phổ tử ngoại: UV
Phổ khối lượng: MS
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân: NMR
X-Ray
Không một loại phổ nào có thể cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết
về cấu trúc cuả một chất.
Xác định hằng số vật lý: chất đã biết, chất mới.
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHIẾT XUẤT
Phương pháp chiết xuất bao gồm cả việc chọn dung môi, dụng
cụ chiết và kỹ thuật chiết.
Một phương pháp chiết xuất thích hợp có thể được hoạch định
một khi đã biết rõ thành phần hoá học cuả nguyên liệu. mỗi loại
hợp chất có độ hoà tan khác nhau trong từng loại dung môi. Vì vậy
không thể có một phương pháp chiết xuất chung áp dụng cho tất cả
các hợp chất.
Sự chiết xuất gồm hai quá trình:
Quá trình hoà tan.
Quá trình thẩm thấu.
Các phương pháp chiết xuất:
Phương pháp ngấm kiệt (Percolation)
Phương pháp ngâm dầm (Marceration)
Phương pháp dùng Soxhlet
Phương pháp đun hoàn lưu
Phương pháp lôi cuốn hơi nước
(Vận tốc dung môi chảy vào bình đựng
bột cây bằng vận tốc chảy ra)
Trích lỏng – lỏng
(Hai loại dung môi không
hoà tan vào nhau)
trong phòng thí nghiệm
Sự tẩm trích sử dụng
lò vi sóng gia dụng cải tiến
Sự tẩm trích dùng hệ thống
Soxhlet – vi sóng
Sơ đồ chưng cất hơi nước tinh dầu
dưới sự hỗ trợ cuả vi sóng trong điều kiện sản xuất thử nghiệm (pilot)
Những điều cần lưu ý khi chiết xuất:
Khi chiết xuất các hợp chất thiên nhiên, người ta thường
trích luôn các tạp chất hay hiện diện trong cây như chất béo,
chất màu. những tạp chất này sẽ làm cản trở quá trình cô lập
tinh chế các hoạt chất muốn khảo sát.
Chất béo (lipid):
Thường được loại bằng dung môi không phân cực nhưng
chúng cũng có thể được chiết xuất bằng những dung môi phân
cực.
Các loại hợp chất này có thể được nhận thấy khi sắc ký lớp
mỏng và hiện màu bằng hơi iod sẽ cho những vết màu nâu.
Muốn loại bỏ chất béo và sáp, có thể thực hiện theo những
cách sau:
Bột cây trước tiên phải được ly trích bằng ether dầu hỏa
cho thật kiệt, sau đó phơi khô bột cây rồi mới trích tiếp
bằng dung môi khác.
Dùng sắc ký cột nhanh (flash – chromatography): dung
môi giải ly là ether dầu hỏa hoặc hexan
Chất màu (pigment): rất khó bị loại. Ở nhiệt độ phòng, có
thể dùng than hoạt tính, acetat chì hoặc kết tủa trong tủ
lạnh.
Các chất polyphenol – tanin: thực vật thường chưá tanin
với hàm lượng cao. muốn loại bỏ tanin ra khỏi dịch chiết
nước, người ta thường cho dung dịch ly trích đi qua cột hấp
phụ có chứa Polyamid, Sephadex LH-20…
Các chất dẻo như phtalat dialkyl, tri n-butyl acetyl citrat,
tributylphosphat…thường là các tạp chất lẫn trong dung
môi hoặc phụ gia chất dẻo trong các thùng chứa làm bằng
chất dẻo…
Trong chloroform và methanol thường có chứa phtalat
di-2-ethyl hexyl mà trước đây nhiều người lầm tưởng là
hợp chất tự nhiên cô lập từ cây cỏ.
Ngoài ra, khi chiết xuất cần lưu ý đến các chất bôi trơn
như silicon chân không ở thiết bị cô quay chân không,
các chất artefact là chất chỉ được thành lập trong quá
trình chiết xuất, thường là những dẫn xuất của các hợp
chất tự nhiên. Muốn hạn chế những trường hợp này cần
phải sử dụng các điều kiện chiết xuất, cô lập êm diu, tại
mỗi giai đoạn của quá trình chiết xuất đều có thể tạo ra
những artefact này.
