استخدام الماء الساخن المضغوط استخراج (فو) استكشاف كيمياء المنتجات الطبيعية في المختبرات الجامعية
Summary
هنا، نحن نوظف أسلوب استخراج (فو) ماء الساخن مضغوط، الذي يستخدم آلة اسبرسو منزلية غير معدلة لتعريف الطلاب الجامعيين بكيمياء المنتجات الطبيعية في المختبر. يتم عرض تجربتين هما: فو الاوجينول وأسيتيليوجينول من القرنفل وفو سيسيلين و (+)-ابوكسيسوبيروسين من النباتات الأسترالية محدبة كوريا.
Abstract
قد أيضا العثور على أسلوب استخراج (فو) وضعت مؤخرا ماء الساخن مضغوط الذي يستخدم آلة اسبرسو منزلية غير معدلة لتيسير البحث بالمنتجات الطبيعية التطبيقات كأداة تعليمية فعالة. على وجه التحديد، قد استخدمت هذا الأسلوب لإدخال الطلاب الجامعيين في السنة الثانية والثالثة إلى جوانب كيمياء المنتجات الطبيعية في المختبر. ويرد في هذا التقرير، تجربتين هما: فو الاوجينول وأسيتيليوجينول من القرنفل وفو سيسيلين و (+)-ابوكسيسوبيروسين من الأنواع النباتية المتوطنة الأسترالية محدبة كوريا. عن طريق استخدام فو في هذه التجارب، حصل استخراج النفط الخام القرنفل، أثرت في الاوجينول وأسيتيليوجينول، في 4-9% w/w من القرنفل من الطلاب الجامعيين في السنة الثانية وسيسيلين (+)-ابوكسيسوبيروسين كانت معزولة في غلة تصل إلى 1.1% w/w و 0.9% w/w من جيم-محدبة من طلاب السنة الثالثة. ممارسة السابقة قد وضعت كبديل لتوفير مدخل إلى تقنيات الاستخراج والانفصال، بينما النشاط الأخير ظهرت أساليب التدريس توجيه التحقيق في محاولة لمحاكاة التجربة تقطير البخار التقليدية المنتجات الطبيعية التنقيب البيولوجي. هذا مستمد أساسا من الطابع السريع لهذه التقنية فو بالنسبة إلى أساليب الاستخراج التقليدية التي غالباً ما تكون غير متوافق مع ضيق الوقت المرتبطة بتجارب المختبرات الجامعية. يمكن استخدام هذا الأسلوب فو السريع والعملي لكفاءة عزل فئات مختلفة من الجزيئات العضوية من مجموعة من الأنواع النباتية. كما تبين سابقا الطبيعة التكميلية لهذا الأسلوب مقارنة بالأساليب التقليدية.
Introduction
عزل وتحديد المنتجات الطبيعية ذات أهمية أساسية للمجتمع العلمي والمجتمع عموما. 1 التنقيب البيولوجي، البحث عن قيمة الجزيئات العضوية الموجودة في الطبيعة، وتظل عملية لا غنى عنها في اكتشاف خيوط جديدة من المخدرات والعقاقير العلاجية المحتملة. ويقدر، من عام 1981-2014، كانت ~ 75 ٪ من جميع العقاقير الصيدلانية المعتمدة جزيء صغير المنتجات الطبيعية، الطبيعية المستمدة من المنتجات الطبيعية أو المنتجات المستوحاة. 1 علاوة على ذلك، تمتلك المنتجات الطبيعية الهائلة التنوع الهيكلي والكيميائية. لهذا السبب، فإنها تمثل أيضا قيمة السقالات الكيميائية التي يمكن استخدامها مباشرة في توليف العضوية أو في وضع يغاندس مراوان والمواد الحفازة. 2 , 3
تقليديا، كانت إجراءات الوقت كثيفة نسبيا مثل تعطن واستخراج سوكسهليت والتقطير بالبخار الدعامة الرئيسية للبحوث التي تركز على عزل نواتج الأيض الثانوية من النباتات. 4 تقنيات الاستخراج الحديثة، بما في ذلك استخراج المذيبات المعجلة، ركزت على تخفيض أوقات الاستخراج ووضع بروتوكولات أكثر اخضرارا. 4 , 5 في عام 2015، ذكر طريقة استخراج (فو) ماء الساخن مضغوط الأصلي. 6 توظيف هذه التقنية آلة اسبرسو منزلية غير معدلة لتيسير استخراج حمض شيكيميك سريعة وفعالة لا سيما من الينسون. صممت آلات اسبرسو تحديداً وإجراء هندسة عكسية لاستخراج الجزيئات العضوية من حبوب البن الأرضي على نحو ملائم. ولتحقيق هذا، وهذه الصكوك تسخين الماء عند درجات حرارة تصل إلى 96 درجة مئوية وفي الضغوط من شريط 9 عادة. 7 مع وضع هذا في الاعتبار، ربما لا غرابة أن اسبرسو آلات يمكن أن تستخدم بكفاءة استخراج المنتجات الطبيعية من بين مجموعة من المواد النباتية.
قد أثبتت الدراسات اللاحقة التي تشمل مجموعة متنوعة من أنواع النباتات الأرضية قدرة هذه التقنية فو على كفاءة استخراج المنتجات الطبيعية عبر مجموعة واسعة نسبيا من الأقطاب. 6 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 وعلاوة على ذلك، المركبات المحتوية على المجموعات الوظيفية حساسة نوعا ما، مثل الألدهيدات، ايبوكسيدات، جليكوسيدات، ويحتمل أن تكون ستيريوجينيك ابيميريزابل مراكز كانت تتأثر عادة بعملية الاستخراج. كما تجلى الطابع التكميلي لهذا الأسلوب مقارنة بالأساليب التقليدية. 12 , 16 أيضا وقد استخدم “فو هذا” الأسلوب لعزل كميات غرام متعددة من المنتجات الطبيعية، التي استخدمت لتحضير مشتقات المنتجات الطبيعية الرواية وفي تركيب جزيء معقدة أكثر عموما. 8 , 11 , 17
اعتبر أن هذا الأسلوب فو جديدة يمكن أن تخدم كأداة تعليمية مفيدة يمكن إدراجها في المختبرات الجامعية. هذا مستمد أساسا من الطابع السريع لهذه التقنية بالنسبة لأساليب الاستخراج التقليدية التي غالباً ما تكون غير متوافق مع ضيق الوقت المرتبطة بتجارب المختبرات الجامعية. ونتيجة لذلك، هذا الأسلوب محل التجربة مختبر الكيمياء الجامعية التقليدية تركز على استخراج الاوجينول من القرنفل توظيف التقطير بالبخار في جامعة تسمانيا. 9 , 18 ومنذ ذلك الوقت، الاختلافات في هذه التجربة اعتمدتها جامعات أخرى وتجربة تعديل التركيز على فو القرنفل الآن الميزات في برنامج مختبر الكيمياء الجامعية في جامعة سيدني (راجع أدناه ).
من أجل البرهنة على إمكانية التطبيق العملي والجدوى من توظيف هذا النهج فو جديدة لأغراض تعليمية، تعرض اثنين من البروتوكولات كجزء من هذه الدراسة. الجزء الأول من هذا التقرير يسلط الضوء على تجربة على فو الاوجينول وأسيتيليوجينول من القرنفل وجزء من برنامج السنة الثانية المختبرات الجامعية في جامعة سيدني (الشكل 1). ويقدم هذه التجربة لتعريف الطلاب على كيمياء المنتجات الطبيعية أثناء تطوير المهارات العملية الأساسية. ويضم الجزء الثاني تجربة على فو الأنواع النباتية الأسترالية المتوطنة محدبة كوريا الذي جزء من برنامج السنة الثالثة المختبرات الجامعية في جامعة تسمانيا (الشكل 2). تم تصميم هذه التجربة لمحاكاة المنتجات الطبيعية التنقيب البيولوجي وتعزيز التقنيات المختبرية الأساسية. 11
Protocol
Representative Results
Discussion
الإجراء التقليدي لعزل الاوجينول من القرنفل بالتقطير بالبخار كان جزءا من برنامج مختبر الكيمياء المتوسطة في جامعة سيدني لعقود ولكن تم تحديثها باستخدام منهجية فو عام 2016 (الشكل 1). 9 , 18 هذا مستحقات رقم. أولاً، استخدام آلات اسبرسو الأسر المعيشية ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يعترف أصحاب مدرسة العلوم الطبيعية-الكيمياء، جامعة تاسمانيا ومدرسة للكيمياء، جامعة سيدني للدعم المالي. B.J.D. وج. ج. أشكر “الحكومة الأسترالية” “بحوث التدريب برنامج المنح الدراسية”.
Materials
| espresso machines | Breville/Sunbeam | Breville espresso machine model 800ES / Sunbeam EM3820 Café Espresso II | |
| rotary evporators | Buchi and Heidolph | ||
| cloves (plant material) | Dijon Food Pty Ltd | Cloves must be ground in a food processor for students. | |
| Correa reflexa (plant material) | sample obtained in Tasmania | Sample collected from mature shrubs in the Thomas Crawford Reserve at the University of Tasmania | |
| sand | Ajax | 1199 | |
| ethanol | Redoc Chemicals | E95 F3 | |
| hexanes | Ajax | 251 | |
| magnesium sulfate | Ajax | 1548 | |
| diethyl ether | Merck | 1009215000 | |
| silica on aluminium TLC plates | Merck | 1055540001 | |
| eugenol | Merck | 1069620100 | |
| eugenyl acetate | Aldrich | W246905 | |
| acetone | Redox Chemicals | Aceton13 | |
| cyclohexane | ChemSupply | CA019 | |
| silica gel 60 | Trajan | 5134312 | 40 – 63um (230-400mesh) |
| Congo red paper | ChemSupply | IS070-100S | |
| 32% hydrochloric acid | Ajax | 256 |
References
- Newman, D. J., Cragg, G. M. Natural Products as Sources of New Drugs from 1981 to 2014. Journal of Natural Products. 79, 629-661 (2016).
- Barnes, E. C., Kumar, R., Davis, R. A. The use of isolated natural products as scaffolds for the generation of chemically diverse screening libraries for drug discovery. Natural Product Reports. 33, 372-381 (2016).
- DeCorte, B. L. Underexplored Opportunities for Natural Products in Drug Discovery. Journal of Medicinal Chemistry. 59, 9295-9304 (2016).
- Bucar, F., Wube, A., Schmid, M. Natural product isolation – how to get from biological material to pure compounds. Natural Product Reports. 30, 525-545 (2013).
- Sticher, O. Natural product isolation. Natural Product Reports. 25, 517-554 (2008).
- Just, J., Deans, B. J., Olivier, W. J., Paull, B., Bissember, A. C., Smith, J. A. New Method for the Rapid Extraction of Natural Products: Efficient Isolation of Shikimic Acid from Star Anise. Organic Letters. 17, 2428-2430 (2015).
- Caprioli, G., Cortese, M., Cristalli, G., Maggi, F., Odello, L., Ricciutelli, M., Sagratini, G., Sirocchi, V., Tomassoni, G., Vittori, S. Optimization of espresso machine parameters through the analysis of coffee odorants by HS-SPME-GC/MS. Food Chemistry. 135, 1127-1133 (2012).
- Just, J., Jordan, T. B., Paull, B., Bissember, A. C., Smith, J. A. Practical isolation of polygodial from Tasmannia lanceolata: a viable scaffold for synthesis. Organic Biomolecular Chemistry. 13, 11200-11207 (2015).
- Just, J., Bunton, G. L., Deans, B. J., Murray, N. L., Bissember, A. C., Smith, J. A. Extraction of Eugenol from Cloves Using an Unmodified Household Espresso Machine: An Alternative to Traditional Steam Distillation. Journal of Chemical Education. 93, 213-216 (2016).
- Deans, B. J., Bissember, A. C., Smith, J. A. Practical Isolation of Asperuloside from Coprosma quadrifida via Rapid Pressurised Hot Water Extraction. Australian Journal of Chemistry. 69, 1219-1222 (2016).
- Deans, B. J., Just, J., Chetri, J., Burt, L. K., Smith, J. N., Kilah, N. L., de Salas, M., Gueven, N., Bissember, A. C., Smith, J. A. Pressurized Hot Water Extraction as a Viable Bioprospecting Tool: Isolation of Coumarin Natural Products from Previously Unexamined Correa (Rutaceae). ChemistrySelect. 2, 2439-2443 (2017).
- Deans, B. J., Olivier, W. J., Girbino, D., Bissember, A. C., Smith, J. A. Extraction of carboxylic acid-containing diterpenoids from Dodonaea viscosa via pressurised hot water extraction. Fitoterapia. 126, 65-68 (2018).
- Deans, B. J., Kilah, N. L., Jordan, G. J., Bissember, A. C., Smith, J. A. Arbutin Derivatives Isolated from Ancient Proteaceae: Potential Phytochemical Markers Present in Bellendena, Cenarrhenes and Persoonia Genera. Journal of Natural Products. 81, 1241-1251 (2018).
- Deans, B. J., Tedone, L., Bissember, A. C., Smith, J. A. Phytochemical profile of the rare, ancient clone Lomatia tasmanica and comparison to other endemic Tasmanian species L. tinctoria and L. polymorpha. Phytochemistry. 153, 74-78 (2018).
- Deans, B. J., Skierka, B., Karagiannakis, B. W., Vuong, D., Lacey, E., Smith, J. A., Bissember, A. C. Siliquapyranone: a Tannic Acid Tetrahydropyran-2-one Isolated from the Leaves of Carob (Ceratonia siliqua) by Pressurised Hot Water Extraction. Australian Journal of Chemistry. 71, (2018).
- Olivier, W. J., Kilah, N. L., Horne, J., Bissember, A. C., Smith, J. A. ent-Labdane Diterpenoids from Dodonaea viscosa. Journal of Natural Products. 79, 3117-3126 (2016).
- Rihak, K. J., Bissember, A. C., Smith, J. A. Polygodial: A viable natural product scaffold for the rapid synthesis of novel polycyclic pyrrole and pyrrolidine derivatives. Tetrahedron. 74, 1167-1174 (2018).
- Ntamila, M. S., Hassanali, A. Isolation of Oil of Clove and Separation of Eugenol and Acetyl Eugenol. Journal of Chemical Education. 53, 263 (1976).
- Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid chromatographic technique for preparative separations with moderate resolution. Journal of Organic Chemistry. , 2923-2925 (1978).
