离子液体-微波辅助从黄连提取小檗碱的实验与分子模拟
发布时间：2022-01-08 04:23
从黄连中高效提取小檗碱等生物活性物质对于中药资源有效利用具有重要意义。然而,黄连中异喹啉类生物碱具有较为相近的化学结构和理化性质,导致高效提取难度增大。离子液体作为优异的反应介质在天然活性物质提取中显示出良好的前景。同时,微波作为新型辅助手段有利于天然植物中药物活性组分的提取和分析研究。以黄连为研究对象,采用离子液体-微波辅助联合方法,提取药用植物中的有效成分小檗碱,实现过程强化与高效提取。研究以离子液体-水溶液为溶剂的微波辅助法,重点考察提取过程中离子液体种类以及固液比、溶液pH、微波时间、微波加热温度、微波功率等工艺条件对提取收率的影响。此外,基于现代密度泛函理论的分子模拟计算,研究微波外场和不同离子液体在小檗碱提取过程中的作用,从分子尺度上揭示离子液体与小檗碱相互作用的物理本质。
【文章来源】：化工学报. 2020,71(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同离子液体条件下提取收率
不同种类的离子液体表现出不同程度的提取收率提升效果。所选用的五种阴离子为醋酸根的离子液体中，[OMIM]Ac的提取效果明显优于其他离子液体。这可能与不同种类的离子液体自身结构和性质具有一定关联。从分子结构的角度考虑，本研究所考察的五种离子液体均为甲基咪唑醋酸盐类。它们具有相同的阴离子结构，主要差异在于阳离子中咪唑环取代烷基中碳链的长度不同（图2）。当离子液体阳离子取代烷基中碳链长度从C2乙基逐渐增加至C6己基时，提取收率由30.6 mg/g增加至34.1 mg/g，呈现小幅增加趋势。当取代烷基碳链进一步延长至C8辛基时，提取收率迅速增加达到峰值（58.9 mg/g）。随后，当取代烷基碳链长度进一步增加到C10癸基时，提取收率降低至39.5 mg/g。可见，离子液体阳离子取代烷基中碳链的长度对于提取收率的确具有重要影响。从微观分子构效关系的角度出发，甲基咪唑类阳离子为典型两亲性表面活性物质，其中甲基咪唑为亲水集团，而相应链状烷基为憎水集团。随着烷基碳链长度的增加，溶解度会出现降低现象，传质阻力随之增加。Shiflett等[28]对阴离子为TFES的系列甲基咪唑离子液体溶解度的测试表明[DMIN]溶解度低于[HMIN]，也验证了该结论。其主要原因在于离子液体阳离子中烷基碳链过长时，离子液体溶液的表面吸附现象更加明显，进而影响离子液体在水中的均一性和分散性。因此使用[DMIM]Ac离子液体溶液时提取收率较[OMIM]Ac出现降低现象。这里使用[OMIM]Ac的提取收率明显优于其他离子液体，故后续研究选择该离子液体。2.2 不同溶剂及加热方式的提取收率比较
为考察固液比的影响，在离子液体浓度0.5 mol/L、溶液pH=4、微波时间8 min、提取温度60℃和微波功率300 W的固定条件下，开展黄连粉末质量与[OMIM]Ac离子液体水溶液在固液比分别为1∶10,1∶30,1∶50,1∶70,1∶90时小檗碱提取实验。获得的提取收率结果如图3所示。随着固液比的增加，萃取率呈现先升后降的趋势。当固液比从1∶10变化至1∶70时，盐酸小檗碱提取收率由46.2 mg/g增加至58.9 mg/g。其原因可能在于同等质量黄连加大离子液体用量，增加了小檗碱与溶剂的相互作用概率，使其更容易被萃取出来。当固液比为1∶90时，提取收率略微降低（54.4 mg/g）。这可能是由于大量微波能量被过量溶剂吸收，黄连样品对微波能量的吸收相对减小，导致细胞壁破裂和传质受到负面影响[32]。因此，持续增加离子液体溶液无法进一步提高小檗碱的提取收率。且考虑到离子液体价格相对昂贵，用量增多成本升高。故选择黄连-离子液体溶液([OMIM]Ac,0.5 mol/L)的最佳固液比为1∶70。2.3.2 溶液pH的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]醚基高铼酸盐离子液体的催化性能研究[J]. 马晓雪,梁坤豪,魏杰,宋宗仁,肖传佑,巩璐,房大维. 化工学报. 2020(01)
[2]黄连不同炮制品及组分的抗肿瘤活性与6种生物碱含量相关性研究[J]. 张潇,张亚丽,苗祥贞,袁炎炎,高简,谭鹏. 中华中医药杂志. 2019(06)
[3]不同品种商品黄连中盐酸小檗碱的含量比较[J]. 师建玲,阮文浩,顾馨妮,田龙奇,郭鹏飞,李欠. 农业科技与信息. 2019(05)
[4]离子液体在氨气分离回收中的应用及展望[J]. 曾少娟,尚大伟,余敏,陈昊,董海峰,张香平. 化工学报. 2019(03)
[5]离子液体在天然活性物质提取中的应用研究进展[J]. 李明英. 药学进展. 2015(06)
[6]微量量热法研究中药黄连6种生物碱之间相互作用关系[J]. 李俊贤,王嘉毅,张乐乐,鄢丹,王睿林,李宝才,肖小河. 药学学报. 2013(12)
[7]离子液体微波辅助萃取川芎中内酯类化合物[J]. 张之达,陈吉平,李长平,颜佩芳,王安杰,Urs Welz-Biermann. 过程工程学报. 2010(03)
[8]离子液体微波辅助萃取石蒜中生物碱的研究[J]. 杜甫佑,肖小华,李攻科. 分析化学. 2007(11)
本文编号：3575883
【文章来源】：化工学报. 2020,71(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同离子液体条件下提取收率
不同种类的离子液体表现出不同程度的提取收率提升效果。所选用的五种阴离子为醋酸根的离子液体中，[OMIM]Ac的提取效果明显优于其他离子液体。这可能与不同种类的离子液体自身结构和性质具有一定关联。从分子结构的角度考虑，本研究所考察的五种离子液体均为甲基咪唑醋酸盐类。它们具有相同的阴离子结构，主要差异在于阳离子中咪唑环取代烷基中碳链的长度不同（图2）。当离子液体阳离子取代烷基中碳链长度从C2乙基逐渐增加至C6己基时，提取收率由30.6 mg/g增加至34.1 mg/g，呈现小幅增加趋势。当取代烷基碳链进一步延长至C8辛基时，提取收率迅速增加达到峰值（58.9 mg/g）。随后，当取代烷基碳链长度进一步增加到C10癸基时，提取收率降低至39.5 mg/g。可见，离子液体阳离子取代烷基中碳链的长度对于提取收率的确具有重要影响。从微观分子构效关系的角度出发，甲基咪唑类阳离子为典型两亲性表面活性物质，其中甲基咪唑为亲水集团，而相应链状烷基为憎水集团。随着烷基碳链长度的增加，溶解度会出现降低现象，传质阻力随之增加。Shiflett等[28]对阴离子为TFES的系列甲基咪唑离子液体溶解度的测试表明[DMIN]溶解度低于[HMIN]，也验证了该结论。其主要原因在于离子液体阳离子中烷基碳链过长时，离子液体溶液的表面吸附现象更加明显，进而影响离子液体在水中的均一性和分散性。因此使用[DMIM]Ac离子液体溶液时提取收率较[OMIM]Ac出现降低现象。这里使用[OMIM]Ac的提取收率明显优于其他离子液体，故后续研究选择该离子液体。2.2 不同溶剂及加热方式的提取收率比较
为考察固液比的影响，在离子液体浓度0.5 mol/L、溶液pH=4、微波时间8 min、提取温度60℃和微波功率300 W的固定条件下，开展黄连粉末质量与[OMIM]Ac离子液体水溶液在固液比分别为1∶10,1∶30,1∶50,1∶70,1∶90时小檗碱提取实验。获得的提取收率结果如图3所示。随着固液比的增加，萃取率呈现先升后降的趋势。当固液比从1∶10变化至1∶70时，盐酸小檗碱提取收率由46.2 mg/g增加至58.9 mg/g。其原因可能在于同等质量黄连加大离子液体用量，增加了小檗碱与溶剂的相互作用概率，使其更容易被萃取出来。当固液比为1∶90时，提取收率略微降低（54.4 mg/g）。这可能是由于大量微波能量被过量溶剂吸收，黄连样品对微波能量的吸收相对减小，导致细胞壁破裂和传质受到负面影响[32]。因此，持续增加离子液体溶液无法进一步提高小檗碱的提取收率。且考虑到离子液体价格相对昂贵，用量增多成本升高。故选择黄连-离子液体溶液([OMIM]Ac,0.5 mol/L)的最佳固液比为1∶70。2.3.2 溶液pH的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]醚基高铼酸盐离子液体的催化性能研究[J]. 马晓雪,梁坤豪,魏杰,宋宗仁,肖传佑,巩璐,房大维. 化工学报. 2020(01)
[2]黄连不同炮制品及组分的抗肿瘤活性与6种生物碱含量相关性研究[J]. 张潇,张亚丽,苗祥贞,袁炎炎,高简,谭鹏. 中华中医药杂志. 2019(06)
[3]不同品种商品黄连中盐酸小檗碱的含量比较[J]. 师建玲,阮文浩,顾馨妮,田龙奇,郭鹏飞,李欠. 农业科技与信息. 2019(05)
[4]离子液体在氨气分离回收中的应用及展望[J]. 曾少娟,尚大伟,余敏,陈昊,董海峰,张香平. 化工学报. 2019(03)
[5]离子液体在天然活性物质提取中的应用研究进展[J]. 李明英. 药学进展. 2015(06)
[6]微量量热法研究中药黄连6种生物碱之间相互作用关系[J]. 李俊贤,王嘉毅,张乐乐,鄢丹,王睿林,李宝才,肖小河. 药学学报. 2013(12)
[7]离子液体微波辅助萃取川芎中内酯类化合物[J]. 张之达,陈吉平,李长平,颜佩芳,王安杰,Urs Welz-Biermann. 过程工程学报. 2010(03)
[8]离子液体微波辅助萃取石蒜中生物碱的研究[J]. 杜甫佑,肖小华,李攻科. 分析化学. 2007(11)
本文编号：3575883
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