一、醌類成分的提取分離醌類化合物的結構差異很大,有的以遊離態存在,有的則結合成苷,導致其分子極性、溶解度等性質也有很大區別,因而難以有統一的提取分離模式。
(一)醌類化合物的提取
1.有機溶劑提取法
溶劑提取是較為常見的方法。將植物粉碎後,用氯仿、乙醇等有機溶劑進行充分提取,濃縮提取液,有時醌類就可能結晶出來。再經過適當的重結晶,即可得到純品。苯醌類的信筒子醌就可以用乙醚溶劑提取精製而得。
2.堿提取-酸沉澱法
如果醌類化合物中帶有酚羥基或羧基,根據醌類能溶於堿性水溶液的性質,使之與堿成鹽,再酸化後成沉澱析出。萘醌類的紫草素多是由側鏈上活性羥基與酸結合成酯的形式存在於自然界中。用苯做溶劑浸漬植物原料,能提取出紫草素的脂類,減壓脫除溶劑,用石油醚溶解殘渣後濾去不溶物,得到紫草素粗品,也可使用95%乙醇提取後,進行濃縮而得。加入稀氫氧化鈉水溶液振蕩混合,則紫草素酯被堿液水解,生成紫草素溶解於堿性水溶液中,溶液顏色由紫紅色變為藍色。將分出的水溶液加鹽酸酸化,放置後即有紅紫色細小結晶析出,在苯溶液中反複重結晶,即可得到純品。
3.其他
層析法適於分離一些親脂性較大的衍生物,如從紫草中提取各種紫草素的脂類即可采用此法;水蒸氣蒸餾法適合於提取相對分子質量小的苯醌和萘醌類物質。
(二)醌類化合物的分離
通常,醌類化合物從植物原料中提取出來後,經過濃縮就可進入分離環節。植物原料來源不同,要分離物質的結構和性質不同,醌類化合物的分離方式也會不同。在醌類化合物中,蒽醌及其衍生物占有很大比例,我們下麵著重討論這類物質的分離方法。
1.蒽醌苷類和遊離蒽醌衍生物的分離
蒽醌苷類含有糖,和遊離蒽醌衍生物的極性差別較大,可以根據其在溶劑中的溶解度差異進行分離。在濃縮提取液中,加入氯仿、乙醚或苯等與水不混溶的有機溶劑,充分振蕩,使遊離的蒽衍生物轉溶於氯仿、乙醚或苯中,而蒽苷仍留在水溶液中。或者將濃縮的提取液減壓蒸幹,用氯仿和乙醚等有機溶劑在回流提取器中提取遊離蒽醌衍生物,而蒽醌苷則留於殘渣中。
2.遊離的羥基蒽醌衍生物的分離
遊離羥基蒽醌衍生物常用的分離方法是pH梯度萃取法和層析法。
遊離羥基蒽醌化合物中酚羥基的數量和位置不同,分子的酸性大小也不同。對此類混合物的分離,pH梯度萃取法是最有效的手段,即利用不同堿性的水溶液自有機溶劑中分離出不同的羥基蒽醌衍生物。通常先加入弱堿性的堿液,後加入強堿液。
所示為從大黃中分離遊離羥基蒽醌類化合物。
色譜層析法在分離羥基蒽醌類衍生物時,也能收到較好的效果。聚酰胺是常用的吸附劑,因為不同的羥基蒽醌類成分,其羥基數目和位置不同,與聚酰胺形成氫鍵的能力也不同,吸附強度也不相同,容易得到分離。矽膠也是傳統的吸附劑,葡聚糖凝膠和反相矽膠則用於分離極性較大的蒽醌苷類化合物,但一般不用氧化鋁,尤其是不用堿性氧化鋁,以避免其與酸性的蒽醌類物質發生化學吸附而難以洗脫。氧化鋁吸附劑對蒽醌衍生物的氯仿溶液大多不易產生吸附,而對其乙醇溶液,又能產生強大的吸附,導致不易洗脫,此時可考慮改用矽膠、水合矽酸鎂、重質碳酸鎂或草酸鈣等為吸附劑,層析的效果將會得到改善。
前麵討論過,羥基蒽醌類衍生物的酸性強弱與分子是否含有羧基、帶有酚羥基的數目和位置有關。通常酸性強的蒽醌衍生物被吸附的性能也強。羥基蒽醌類組分比羥基蒽酚類容易被吸附,而蒽醌苷類更易於被吸附,這樣采用矽膠或聚酰胺粉層析法有可能使混合物相互分離。不過有一些蒽醌衍生物相互之間的酸性接近,被吸附的程度也相似,很可能得不到完全分離,此時可先將混合物經過乙酰化,轉變為乙酸酯,再進行層析,效果會有所改善。
3.蒽醌苷類的分離
蒽醌苷類的水溶性比較強,分離和精製困難,單純用溶劑法不容易得到純品,有時需要配合應用層析分離方法。但在層析之前,最好能先除去大部分雜質,得到較純的蒽醌苷類後再進行分離。
除去苷類可以采用鉛鹽沉澱法,即在已除去遊離蒽衍生物的水溶液中,加入醋酸鉛溶液,使蒽醌苷與之結合產生沉澱。將沉澱經過濾、水洗後,再懸浮於水中,通入硫化氫分解,蒽醌苷就被釋放溶於水中。濾除硫化鉛沉澱,濃縮水溶液,可得到精製醌苷。也可以用正丁醇等極性較大的溶劑,將蒽醌苷類直接從水溶液中提取出來。
用聚酰胺、葡聚糖凝膠、纖維素和反相矽膠等進行層析分離也是非常有效的手段。
(三)新型分離技術在醌類化合物分離中的應用
1.超臨界流體萃取技術在醌類化合物分離中的應用
天然植物中的醌類化合物由於帶有酚羥基,極性較大,所以在用超臨界流體萃取時,應采用較高的萃取壓力,還要加入適當的夾帶劑。
何首烏為蓼科植物,含有許多蒽醌類成分,具有滋補強壯、解毒消痛、潤腸通便的功效。袁海龍等在用超臨界流體萃取——HPLC法測定何首烏中大黃酸、大黃素及大黃素甲醚的含量時,通過對萃取條件的考察,確定萃取壓力為42MPa,萃取溫度為45℃,改性劑甲醇含量0.4mL,靜態萃取時間5min,動態萃取體積5mL。證明超臨界流體萃取具有時間短,效率高,後處理簡單等特點。
紀鬆崗等采用超臨界流體萃取——膠束電動毛細管色譜法分離測定大黃中蒽醌類組分的含量,包括蘆薈大黃素、大黃素和大黃酸等。萃取壓力為41.4MPa,萃取溫度為50℃,改性劑甲醇用量0.4mL,靜態萃取時間5min,動態萃取體積5mL。被測組分在10min內得到全部分離,證明本法具有準確、簡便、快速的特點。
梁瑞紅等對超臨界萃取新疆紫草色素工藝進行研究,表明超臨界萃取比有機溶劑萃取能得到更多紫草萘醌組分,且含量高,雜質少,耗時短。
陳衛林等通過均勻設計試驗研究超臨界二氧化碳流體萃取掌葉大黃中蒽醌類成分的工藝條件。以藥材粒度、萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和夾帶劑用量為考察因素,進行超臨界CO2萃取,用高效液相色譜法測定不同條件下蘆薈大黃素、大黃酸、大黃素、大黃酚、大黃素甲醚的含量。優化試驗條件為:萃取壓力38MPa,萃取溫度為70℃,萃取時間為60min,夾帶劑用量為300mL。
2.微波萃取技術在醌類化合物分離中的應用
微波(Mircowave,簡稱MW)又稱超高頻率電磁波,是一種波長在0.001~1m,頻率在0.3~300GHz的電磁波。20世紀30年代,軍事上開始將微波技術用於防空雷達;1947年美國雷索公司研製出可以民用的微波爐,稱之為雷達爐;而將微波技術用於有機混合物分離的微波萃取技術(Mircowave-Assisted Extraction,簡稱MAE)則是1986年由匈牙利的R.N.Ganzler等人最先報道的。
與其他波段的電磁波相比,微波具有特殊的性質。
(1)光特性微波頻率高,波長短,具有與光波類似的性質,如在單一介質中以直線方式傳播,並具有反射、折射、衍射等光學特性。
(2)穿透特性微波有類似於熱輻射的性質,當其在空間傳播遇到某一物體時,會發生反射、透射和吸收現象。微波遇到金屬會被反射,其入射角等於反射角,所以金屬不發熱(類似於鏡體);微波能穿透某些非金屬物質,故此類物質不發熱(類似於透熱體);微波能被某些物質吸收而發熱(類似於灰體或黑體)。
(3)熱特性普通的傳熱方式是由表及裏,且有明顯的溫度差作為傳熱推動力。與此不同,微波能夠穿透至物質內部,使內外同時受熱,但微波頻率不同,能量不同,其穿透深度也不同,如915MHz微波穿透深度通常為8cm,而2450MHz穿透深度隻有4cm。
(4)非熱特性微波在低溫或常溫下可以達到以往在高溫狀態下才能完成的效果,實現了低溫滅菌。在微波交變電磁場的作用下,微生物體內的極性水分子會快速轉向及定向排列、撕裂和相互摩擦,導致電容性細胞膜結構破裂或者細胞分子間氫鍵鬆弛,使得細胞的生存環境遭到嚴重破壞,以致細胞死亡。