가압된 열 수 추출 학부 실험실에서 천연물 화학 탐구 (PHWE) 채용

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Chemistry

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Summary

여기, 우리는 천연물 화학 연구실에서 학부생을 소개 하는 수정 되지 않은 가정용 에스프레소 기계를 이용 하는 가압된 온수 추출 (PHWE) 메서드를 사용 합니다. 두 실험 제공 됩니다: eugenol 및 정 향과 seselin 및 (+)의 PHWE에서 acetyleugenol의 PHWE-호주 공장 코레아 reflexa에서 epoxysuberosin.

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Ho, C. C., Deans, B. J., Just, J., Warr, G. G., Wilkinson, S., Smith, J. A., Bissember, A. C. Employing Pressurized Hot Water Extraction (PHWE) to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory. J. Vis. Exp. (141), e58195, doi:10.3791/58195 (2018).

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Abstract

천연 제품 연구를 촉진 하기 위하여 수정 되지 않은 가정용 에스프레소 기계를 이용 하는 최근에 개발한 가압된 온수 추출 (PHWE) 메서드 또한 효과적인 교육 도구로 응용 프로그램을 발견 했다. 특히,이 기술은 실험실에서 천연물 화학의 2 차 및 3 학년 학부생 소개 하 사용 되었습니다. 이 보고서에서 두 가지 실험 제공 됩니다: eugenol 및 정 향과 seselin 및 (+)의 PHWE에서 acetyleugenol의 PHWE-발병 호주 식물 종의 코레아 reflexa에서 epoxysuberosin. 이 실험에서 PHWE를 채용 하 여 원유 정 향 추출 물, 유 제놀과 acetyleugenol, 농축 얻은 4-9 %w / w 정 향에서 두 번째 년 학부생 및 seselin (+)-epoxysuberosin 최대 1.1 %w / w 및 0.9 %w / w에서의 수확량에서 고립 되었다 C. reflexa 3 학년 학생 들. 전 운동 후자의 활동 기능 안내 문의 교육 방법 시뮬레이션 하기 위해 노력에서 하는 동안 추출 및 분리 기술에 대 한 소개를 제공 하는 전통적인 증기 증 류 실험을 위한 보충으로 개발 되었다 천연 제품 bioprospecting입니다. 이 주로이 PHWE 기술은 종종 시간 제약 학부 실험실 실험과 관련 된와 호환 되지 않는 전통적인 추출 방법 기준으로 급속 한 성격에서 파생 됩니다. 다양 한 식물 종에서에서 유기 분자의 다양 한 클래스를 효율적으로 격리 하이 신속 하 고 실용적인 PHWE 메서드를 사용할 수 있습니다. 더 전통적인 방법에 상대적으로이 기술의 보완 자연 또한 입증 되었습니다 이전.

Introduction

격리 및 천연 제품의 식별은 과학 사회와 사회에 기본적인 중요성의 더 일반적으로. 1 Bioprospecting, 자연에서 발견 하는 중요 한 유기 분자에 대 한 검색 새로운 약물 지도 잠재적인 치료 대리인의 발견에 필수적인 프로세스를 남아 있습니다. 그것은 추정, 1981-2014에서 모든 승인 된 작은 분자 의약품의 ~ 75% 천연 제품, 천연 제품 파생 또는 자연 제품-영감을. 1 또한, 천연 제품 거 대 한 구조 및 화학 다양성을 소유한 다. 이런 이유로, 그들은 또한 유기 합성 또는 랄 ligands과 촉매의 개발에 직접 사용 될 수 있는 귀중 한 화학 건설 기계를 나타냅니다. 2 , 3

전통적으로, 단식, Soxhlet 추출, 및 증기 증 류 등 상대적으로 많은 시간과 절차는 식물에서 2 차 대사 산물의 고립에 초점을 맞춘 연구의 주류 되었습니다. 4 현대 추출 기법, 등 가속된 용 매 추출, 추출 시간 절감 및 녹색 프로토콜 설정에 집중 했다. 4 , 5 2015 년에 원래 가압된 온수 추출 (PHWE) 방법으로 알려졌다. 6 이 기술은 스타 아니 스에서 shikimic 산의 신속 하 고 특히 효율적인 추출 촉진 하기 위하여 수정 되지 않은 가정용 에스프레소 기계를 고용. 에스프레소 기계는 특별히 설계 되었고 적절 하 게 지상 커피 콩에서 추출 하는 유기 분자를 설계. 이,이 악기 열 물 96 ° c까지 온도에서 일반적으로 9 바의 압력을 달성 하십시오. 7 이 염두에서에 두고, 그것은 아마도 놀라운 에스프레소 기계 공장 설비 재료의 범위에서 자연 제품을 효율적으로 추출에 이용 될 수 있다.

지구 식물 종의 다양 한 포함 하는 후속 연구 극성을 상대적으로 넓은 범위에 걸쳐 자연 제품을 효율적으로 추출이 PHWE 기술은 수 설명 했다. 6 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 또한, 다소 민감한 기능적인 그룹을 포함 하는 화합물 등 알데하이드, epoxides, 배당 체, 잠재적으로 epimerizable stereogenic 센터 아니었다 추출 과정에 의해 일반적으로 영향을 받는. 더 전통적인 방법에 상대적으로이 기술의 보완 자연 또한 입증 되었습니다. 12 , 16 이 PHWE 메서드 더 일반적으로 다중 그램 수량 소설 천연 제품 파생 상품을 준비 하는 데 사용 되었습니다 천연 제품 및 복잡 한 분자 합성을 고용 또한 있다. 8 , 11 , 17

그것은이 새로운 PHWE 메서드 수 학부 실험실에 통합 될 수 있는 유용한 교육 도구로 서 역할을 하는 것을 확인 되었다. 이 주로 종종 시간 제약 학부 실험실 실험과 관련 된와 호환 되지 않는 전통적인 추출 방법 기준으로이 기술의 급속 한 성격에서 파생 됩니다. 따라서,이 기술은 대신 정 향 타스 마니아의 대학에서 증기 증 류를 채용에서 eugenol의 추출에 초점을 맞춘 전통적인 학부 화학 실험실 실험. 9 , 18 그때 이후로,이 실험의 유사 콘텐츠는 채택 되었다 다른 대학교와 정 향의 PHWE에 초점을 맞추고 지금 시드니의 대학에서 학부 화학 실험실 프로그램에서 기능 수정된 실험 (인프라를 보라 ).

실용성과 교육 목적을 위해이 새로운 PHWE 방식을 채용의 타당성을 입증 하기 위해 두 프로토콜은이 연구의 일환으로 제공 됩니다. 이 보고서의 첫 번째 부분 eugenol 및 시드니의 대학 (그림 1)에서 2 학년 학부 실험실 프로그램의 일부인 정 향에서 acetyleugenol의 PHWE에 대 한 실험을 강조 표시 합니다. 이 실험 천연물 화학 기본적인 실무 능력을 개발 하는 동안 학생 들을 소개 하는 역할. 두 번째 부분은 발병 호주 식물 종의 코레아 reflexa 태즈메이니아 (그림 2)의 대학에 3 학년 학부 실험실 프로그램의 일부인 PHWE에 대 한 실험을 갖추고 있습니다. 이 실험은 자연 제품 bioprospecting 시뮬레이션 강화 하 고 핵심 연구소 기술 설계 되었습니다. 11

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Protocol

참고: 그것은 모든 절차는 증기 두건에서 수행 되는 것이 좋습니다. 학생 들은 실험실에서 항상 적절 한 개인 보호 장비를 착용 해야 하 고 각 시와 관련 된 안전 데이터 시트 (SDS)를 사용 하기 전에 상담 해야 합니다.

1. 정 향의 PHWE: eugenol 및 acetyleugenol의 격리

  1. 정 향에서 eugenol 및 acetyleugenol의 추출
    1. 개의 250 mL 비 커에 지상 정 향 (12.5 g)을 배치 합니다.
    2. 정 향 grinds을 모래 (12.5 g)를 추가 하 고 잘 혼합.
    3. Portafilter (샘플 구획)를 수집 하 고 전체 정 향 모래 혼합 바구니 로드. 가볍게는 탬 퍼와 샘플 압축.
      참고: 너무 많이 혼합물을 압축 하지 마십시오 또는 유체를 통해 흐름을 하지 않습니다.
    4. 에스프레소 기계에는 portafilter를 놓고 아래 깨끗 한 250 mL 비 커를 배치 합니다. 그것은 전체의 절반 보다 작은 경우 에스프레소 머신의 물 탱크에 30% 에탄올/H2O 솔루션을 추가 합니다.
    5. 에스프레소 기계를 사용 하 여 추출 물 100 mL를 수집.
      참고: 기계 막힌 될 경우 강사를 참조 하십시오.
    6. 물방울을 다음에 스 프레소 기계에서 그것을 제거 portafilter 허용.
      주의: grinds와 주변 금속 지역 뜨거운 됩니다.
    7. 주걱을 사용 하 여은 portafilter에서 정 향 grinds을 제거 하 고 폐기물 bin에 삭제.
    8. H2O 싱크대에 수돗물 portafilter에서 잔여 고체 밖으로 린스를 사용 하 여 다음 사람을 위해 그것을 반환 합니다.
    9. 차가운는 정 향 추출 얼음 목욕에서 30 ° c 이상 온도 감소 될 때까지
    10. 250 mL separatory 깔때기로 추출 물, 헥 산의 30 mL를 추가 놓고 부드럽게 흔들어.
    11. 장소 링 클램프에 분리 깔때기 토르 스탠드에 장착 하 고 수성 및 유기 레이어를 분리 후 다시 250 mL 비 커에 수성 (더 낮은) 층을 수집을 허용 합니다.
      참고: 그것은 레이어 분리를 위한 10 분 걸릴 수 있습니다. 학생 (단계 1.2 참조) 발생 하는 첫 번째 분리를 기다리는 동안 TLCs의 용 매 최적화를 수행 하도록 조언 된다.
    12. 깨끗 한 250 mL 원뿔 플라스 크에는 유기 (최상위) 레이어 (제품 포함)를 전송 하 고 (수성) 레이어 separatory 깔때기에 다시 붓는 다.
    13. 수성 층 더 제 초 제 (2 x 30 mL)와 두 번 추출 합니다.
    14. 동일한 플라스 크에 유기 (최상위) 레이어를 결합 하 여 각 추출 후.
    15. 3 액체-액체 추출 후 separatory 깔때기로 결합 된 유기 추출 물을 부 어 하 고 적극적으로 떨고 하 여 H2O의 100 mL로 씻어. 깨끗 한 250 mL 원뿔 플라스 크에 유기 (최상위) 레이어를 수집 하 고 MgSO4 를 추가 하 고 플라스 크를 소용돌이 여 건조.
    16. 뒤이어 혼합 피리 필터 종이 사전 무게 250 mL 둥근 바닥 플라스 크 유리 깔때기에 포함 된 통해 필터링.
      참고: 고체 잔류물 (수산화 MgSO4) 폐기물에 삭제 수 있습니다.
    17. 로터리 증발 기를 사용 하 여 수집 된 여과 액에서 용 매 (hexane)를 증발 (물 목욕 온도: 60 ° C, 진공 압력: 350 mbar) 합성 유를 포함 하는 플라스 크의 무게를 다시.
  2. 얇은 층 크로마토그래피 (TLC) 용 매 시스템의 최적화
    참고: 그룹으로 학생 할당 됩니다 용 매 시스템에서 100:0 아세톤: cyclohexane 0:100 아세톤: cyclohexane acetyleugenol에서 eugenol의 최대 해상도 제공 하는 비율을 식별 하는 강사에 의해.
    1. 순수한 eugenol 및 acetyleugenol의 TLC 참조 솔루션을 얻을.
      참고: 순수한 eugenol 및 acetyleugenol의 필요한 TLC 참조 솔루션 실험실 세션 이전 실험실 기술자에 의해 준비 되었다.
    2. TLC 판에 맨 아래에서 기준선 ~1.5 cm 부드러운 연필로 표시 합니다. 3 개의 동등 하 게 간격을 둔 지점을 표시 합니다.
    3. TLC spotter를 사용 하 여 한 차선, 3 차선에서 순수한 acetyleugenol TLC 참조 솔루션의 한 자리와 두 번째 차선 (공동 자리)에서 각각의 자리에서 순수 eugenol TLC 참조 솔루션의 한 방울을 자리.
    4. UV 램프 아래 접시를 확인 하 여 eugenol, TLC 판에 acetyleugenol의 존재에 대 한 확인 (254 nm) TLC 캐비닛을 보기에서.
      참고: 이어야 한다 작은 (1-2 m m 폭) 검은 반점에 TLC 참조 솔루션 목격 됐다. 만약 아무 반점 또는 관광 명소 나타납니다 희미 한, 블랙 자리 UV 빛에서 관찰 될 때까지 적절 한 TLC 솔루션의 또 다른 자리를 적용 합니다.
    5. 깨끗 하 고 마른 TLC 항아리에 할당 된 용 매 혼합물의 10 mL를 추가 합니다.
      주: 항아리에 용 매 높이 ~ 1 cm를 초과 하지 않는 확인 하십시오.
    6. 핀셋을 사용 하 여, TLC 항아리에 준비 된 TLC 판을 놓습니다. 항아리의 뚜껑을 닫습니다.
      참고: 용 매 TLC 판의 기준선 아래 있어야 합니다.
    7. TLC 격판덮개를 여행 하는 용 매를 허용 합니다. 용 매는 접시의 위쪽에서 ~ 1 cm, 일단 핀셋으로 항아리에서 TLC 플레이트를 제거 하 고 연필로 용 매 앞의 라인을 표시.
    8. UV 램프에서 TLC 판 볼 다음 TLC 판 (~ 1 분)에서 증발 하는 용 매를 허용 (254 nm). 연필을 사용 하 여, TLC 판에 관찰 된 검은 반점 일주.
    9. 용 매에 의해 여행 하는 거리에 의해 화합물에 의해 여행 거리를 나누어 eugenol 및 acetyleugenol의 고정 요소 (Rf)를 계산 합니다.
    10. 제놀에 대 한 Rf 값과 acetyleugenol (ΔRf) 사이의 차이 계산 합니다.
    11. 클래스의 나머지와 함께 결과 공유. 다른 용 매 비율으로 다른 학생에 의해 인수 보존 값을 기록 합니다.
    12. 어떤 용 매 시스템 원유 eugenol 솔루션 및 연속적인 정화 단계를 분석 하는 가장 좋은 것을 식별 합니다.
      참고: 최고의 TLC 용 매 비율 eugenol와 가장 큰 ΔRf 값으로 표시 하는 acetyleugenol의 가장 큰 구분을 제공 합니다. ΔRf 용 매 구성에 대 한 플롯 하는 경우 그래프 종형 곡선을 유사 해야 합니다.
  3. 제놀와 액체-액체 추출에 의해 acetyleugenol의 분리
    1. 1.1.17, 단계에서 얻은 원유 eugenol 포함 된 추출 하 제 초 제 (10 mL)를 추가 하 고 250 mL separatory 깔때기로 이어지는 솔루션을 붓는 다.
    2. 헥 산 (10 mL)와 둥근 바닥 플라스 크를 헹 구 고 separatory 깔때기에 이것을 추가.
    3. 액체-액체 추출 통해 3 M 수성 NaOH (2 mL)와 헥 산 솔루션을 추출 합니다. 수집 하 고 각 추출에서 250 mL 원뿔 플라스 크에서 수성 하단 레이어를 결합. 50 mL 원뿔형 플라스 크에서 유기 레이어를 수집 하 고 MgSO4 를 추가 하 고 플라스 크를 소용돌이 여 건조.
      주의: NaOH 부식성입니다. 피부와 접촉을 하지 마십시오.
      참고: eugenol 알칼리 성 수성 추출 물 (아래쪽 레이어)에 지금 동안 Acetyleugenol 유기 층에 남아 있습니다.
    4. 유기 유지 레이어 (유기 솔루션 A) 나중에 TLC 분석.
    5. 얼음 물 목욕에서 1.3.3 단계에서 알칼리 성 수성 분수를 포함 하는 원뿔 플라스 크를 소용돌이 화이트 에뮬젼; 형성 될 때까지 천천히 10 M 수성 HCl를 추가 그것의 산 성도 pH 종이 (그것 해야 푸른색)에 해결책의 한 방울을 전송 하는 피 펫을 사용 하 여 콩고 레드 종이로 확인 합니다.
      주의: HCl 부식성입니다. 피부와 접촉을 하지 마십시오. HCl의 활발 한 버블링을 일으킬 수, HCl 추가 해야 신중 하 게, 얼음에 원뿔 플라스 크를 유지.
      참고: HCl 용액의 (10 M)의 20-30 mL의 총 필요 있을 것입니다.
    6. 액체-액체 추출 250 mL 플라스 크를 분리에 사용 하 여 제 초 제 (2 x 30 mL)와 밀키 수성 에멀젼을 추출 합니다. 수성 추출 물의 온도 실내 온도에 또는 아래는 제 초 제를 추가 하기 전에 다는 것을 확인 하십시오. 깨끗 한 100 mL 원뿔 플라스 크에 2 개의 헥 산 추출 물 결합.
      참고:는 eugenol 지금 결합 된 유기 (위)에 있을 것입니다 레이어 (유기 솔루션 B).
    7. 유기 솔루션 B. 건조 MgSO4 추가
    8. 유기 솔루션, 유기 솔루션 B, 순수한 eugenol TLC 참조 및 acetyleugenol TLC TLC 이전 세션에서 확인 된 최적화 된 TLC 용 매 비율을 사용 하 여 참조를 분석 합니다.
    9. 별도 사전 무게 250 mL 둥근 바닥 플라스 크에 유기 해결책 A와 B 피리 필터 종이 통해 필터링. 폐기물에서 단단한 잔류물 (수산화 MgSO4)를 삭제 합니다.
    10. 로터리 증발 기를 사용 하 여 둥근 바닥 플라스 크에서 용 매를 제거 (물 목욕 온도: 60 ° C, 진공 압력: 350 mbar).
    11. 각 둥근 바닥 플라스 크에 diethyl 에테르 (5 mL)을 추가 하 고 전송 순화 acetyleugenol (유기 솔루션 A) 및 제놀 (유기 솔루션 B) 퍼 널을 사용 하 여 레이블, preweighed 유리병으로.
    12. 유리병에 더 diethyl 에테르 (5 mL)와 플라스 크를 씻어. 로터리 증발 기를 사용 하 여 용 매를 증발 (물 목욕 온도: 50 ° C, 진공 압력 800 mbar) 유리병 첨부. 수익률을 기록 하 고 적절 하 게 유리병 라벨.
    13. 유기 솔루션, 유기 솔루션 B, 순수한 eugenol TLC 참조 및 acetyleugenol TLC TLC 이전 세션에서 확인 된 최적화 된 TLC 용 매 비율을 사용 하 여 참조를 분석 합니다.
      참고: 수성 솔루션 처리 싱크대 아래로 부 수 있습니다. 헥 산, 에테르 폐기물의 비 염화 유기 폐기물 병에 폐기 해야 합니다.

2. 코레아 reflexa 의 PHWE: seselin (+)의 절연-epoxysuberosin

  1. 세션 1입니다. 코레아 reflexa 의 PHWE
    1. 코레아 reflexa 나뭇잎 (10 g) 전기 양념 분쇄기에 가십시오 그리고 지상 식물 재료는 250 mL 비이 커에 전송.
      참고: 연 삭 20-30 초 걸릴 한다.
    2. 추가 ~ 공장 설비 재료를 포함 하는 비이 커에 조 악한 모래의 2 세대.
    3. 혼합 고 portafilter (샘플 구획)의 바구니에 팩. 변조와 샘플 압축.
      참고: 샘플을 너무 밀접 하 게 포장 하지 말라.
    4. 에스프레소 머신 탱크를 35% 에탄올/H2O 솔루션의 ~ 300 mL를 추가 합니다.
    5. 에스프레소 기계에는 portafilter를 놓고 아래 깨끗 한 250 mL 비 커를 배치 합니다.
    6. 추출의 ~ 100 mL를 수집 하 고 ~ 1 분 기다리는 더 100 mL를 수집 합니다.
      주의: 기계와 추출 됩니다 뜨거운이 시점에서.
    7. 얼음 목욕에이 혼합물을 냉각 하 고 회전 증발 기를 사용 하 여 에탄올을 증발 (물 목욕 온도: 40 ° C).
    8. 전송 separatory 깔때기에 수성 추출 하 고 에틸 아세테이트 (4 x 50 mL)와 추출.
      참고: 시간 기사 사이 구분 하는 유화 수 있도록 필요할 수 있습니다.
    9. 유기농 추출 물 결합, MgSO4 를 추가 하 여 건조 및 소 결된 유리 깔때기를 사용 하 여 필터링 소용돌이 플라스 크, 고 회전 증발 기를 사용 하 여 증발 (물 목욕 온도: ~ 35 ° C) 원유 추출 하기.
    10. 1H 핵 자기 공명 (NMR) 스펙트럼을 얻기 (강사 지원에 대 한 참조). 11
    11. 추출 된 화합물을 적절 한 용 매 시스템을 결정 하기 위해 원유 추출의 TLC 분석을 수행 합니다.
      참고: TLC 분석 단계 1.2에서에서 설명 하는 절차에 비유 하 여 수행 됩니다.
  2. 세션 2입니다. Seselin (+)의 분리-플래시 칼럼 크로마토그래피11,19 epoxysuberosin
    참고: 다음 프로토콜 포함 유기 화합물의 분리에 대 한 플래시 칼럼 크로마토그래피를 사용 하 여 있습니다. 플래시 실리 카 젤 열 팩 하는 방법을 설명 하는 강사를 참조 하십시오.
    1. 장소는 클램프에 열 (지름 ~ 30 m m) 쌈을 스탠드에 장착. 장소는 열 아래 100 mL 원뿔 플라스 크.
    2. 실리 카 젤 (60 μ m 플래시 학년) ~ 10 cm의 수준에 열을 작성 하 고 열에 hexanes (~ 100 mL)를 추가 합니다.
    3. 열에 유리 스 토퍼를 배치, 클램프에서 열을 제거 하 고 슬러리를 흔들어. 클램프에 열을 놓고 정착 혼합물을 허용 합니다.
    4. 열 탭 열고, 가스 어댑터를 사용 하 여 연결 된 압축 공기 라인, 빈을 실리 카 젤의 침대 위에 용 매 ~ 2 mm를 떠나 열. 가스 어댑터 다음 탭을 닫습니다.
    5. 고무 심장 장착 파스퇴르 피 펫과 열의 벽에서 어떤 실리 카 젤 아래로 씻어 (~ 5 mL) 원뿔 플라스 크에서 수집 하는 hexanes를 사용 합니다.
    6. 반복 단계 2.2.4 다음 열에 모래 (~ 1 cm)의 작은 레이어를 추가할.
    7. Dichloromethane 추가 (~ 1 mL) 단계 2.1.9에서에서 추출 원유를 포함 하는 플라스 크에. 신중 하 게 고무 심장 장착 파스퇴르 피 펫을 사용 하 여 열에 뒤이어 솔루션을 로드 합니다. 열 탭 열고 샘플 실리 카 젤에 흡착을 허용 합니다.
    8. 2.2.7 단계 더 두 번 반복 합니다.
    9. 조심 스럽게 열에 hexanes (~ 20 mL)를 추가 합니다. 2.2.4 단계를 반복 합니다.
    10. 신중 하 게 (~ 180 mL 15% 에틸 아세테이트/hexanes 솔루션의)를 추가 합니다. 오픈의 열, 가스 어댑터를 사용 하 여 탭에 첨부 압축 공기 라인, 빈을 실리 카 젤, 분수를 10 mL 테스트 튜브에 수집의 침대 위에 용 매 ~ 2 mm를 떠나 열.
      참고:이 격리 seselin이 있습니다.
    11. 250 mL 둥근 바닥 플라스 크에 seselin를 포함 하는 테스트 튜브 분수를 결합 하 고 회전 증발 기를 사용 하 여 증발 (물 목욕 온도: ~ 35 ° C).
      참고: TLC 분석 결정 하는 데 사용 하며 비유 단계 1.2에서에서 설명 하는 절차에 의해 수행 됩니다.
    12. 신중 하 게 (25% 에틸 아세테이트/hexanes 솔루션의 ~ 75 mL)를 추가 합니다. 오픈의 열, 가스 어댑터를 사용 하 여 탭에 첨부 압축 공기 라인, 빈을 실리 카 젤, 분수를 10 mL 테스트 튜브에 수집의 침대 위에 용 매 ~ 2 mm를 떠나 열.
      참고: 이것은 (+) 수-격리 epoxysuberosin.
    13. (+)를 포함 하는 테스트 튜브 분수 결합-epoxysuberosin 250 mL 라운드에서 플라스 크 바닥 및 회전 증발 기를 사용 하 여 증발 (물 목욕 온도: ~ 35 ° C).
      참고: TLC 분석 결정 하는 데 사용 하며 비유 단계 1.2에서에서 설명 하는 절차에 의해 수행 됩니다.
    14. 샘플 격리 화합물의 NMR 분광학을 사용 하 여 분석 된다. 11
      참고: NMR 분광학 실험 실험실 기술자에 의해 수행 됩니다.

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Representative Results

정 향의 PHWE입니다. 액체-액체 추출 단계를 수행할 때, 학생 들은 종종 유화를 (소금물의 추가 일반적으로 효과 없었다) 발생 했습니다. 이 단계에서 학생 들은 TLC에 의해 eugenol 및 acetyleugenol의 분리에 eluent 구성의 효과 탐험 하는 동안 분리 깔때기에 서 서 혼합물을 허용 하도록 지시 했다. 그것은 그 헥 헵 또는 액체-액체 추출 단계에서 dichloromethane 대체 하실 수 있습니다 주목 해야한다. 9 학생 아세톤 및 cyclohexane의 TLC 용 매 비율을 할당 했다 eugenol 및 acetyleugenol의 순수한 표준 제공 고 TLC 분석 (그림 3)을 수행. 그들의 결과는 화이트 보드에 표로 했다 고 보존 요소 (Rf)와 최적의 eluent에 용 매 조성의 효과 그룹 토론 (표 1)에 고려 되었다. 일반적으로 5-20% 아세톤/cyclohexane ΔRf 0.1-0.2 사이에서 배열 하는 학생 들에 의해 확인 된 최적의 용 매 작곡.

TLC eluent 최적화, 다음 학생 들은 그들의 eugenol 기사 돌아갑니다. 원유 정 향 추출 물 (제놀과 acetyleugenol의 주로 구성 된) 4-9 %w / w에서 고립 되었다. 이 실험의 두 번째 세션에서 학생 액체-액체 추출에 의해 그들을 분리 하는 두 개의 주요 유기 분자의 다른 산 성-기본 속성을 악용. 일반적으로, eugenol 했다 acetyleugenol 원유 추출의 5-10 %w / w의 수익률에 분리 되었습니다 동안 원유 추출 물 45-65 %w / w의 수익률에 격리 됩니다. 학생 들은 다음 (위에서 설명한 대로 식별) 최적화 된 eluent 활용 TLC (그림 3)에 의해 순수 참조 샘플을 그들의 추출의 비교에 의해 그들의 액체-액체 추출의 성공을 결정 하. 학생 들은 또한 퓨 리에 변환 적외선 (FTIR) 분광학을 수행 하 여 그들의 원유 정 향 추출 물, 그들의 순화 eugenol 및 acetyleugenol 샘플 분석. 9 용 매 또는 물 봉우리 때때로 제대로 실행된 작업 업 절차 (또는 가난한 샘플 준비) 적외선 스펙트럼에서 관찰 되었다.

고급 학생과 약 그들의 고립 된 원유의 절반에 헌신 위에서 설명한 액체-액체 추출 대상이 다른 부분 플래시 칼럼 크로마토그래피 (자세한 정보는 지원 정보 제공). 단일 4 시간 세션에서 액체-액체 추출 및 플래시 칼럼 크로마토그래피 단계 완료 처럼 보일 수 있지만 오히려 야심찬이이 실험을 수행 하는 고급 학생의 대부분에 대 한 달성 했다. 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의해 acetyleugenol에서 eugenol의 완전 한 분리는 그들의 가까운 고정 요인 (그림 4) 거의 달성 했다. 그러나, 학생 일반적으로 순수한 eugenol을 포함 하는 몇 가지 분수를 수집할 수 있었다. 고급 학생 다음 그들의 보고의 일환으로 두 개의 다른 정화 기술에 의견을 요청 했다.

PHWE의 코레아 reflexa. 학생은 실험실 강사의 최소한의 도움으로 코레아 reflexa 의 PHWE을 수행. 액체-액체 추출 단계 유화 일반적으로 형성 하 고 학생 들은 종종 유리 막대와 혼합물의 주기적인 동요와 separatory 깔때기 (~0.25 h)에 서 서 혼합물을 허용 해야 했다. 원유 추출의 컬럼에 정화 편안 하 게 학생 들에 의해 4 시간 실험실 세션 내에서 완료 되었다. Seselin 및 (+)-epoxysuberosin 최대 1.1 %w / w 및 0.9 %w / w의 수확량에 각각 고립 되었다 고 두 화합물의 고립 된 샘플 1H와 13C NMR 및 FTIR 분광학 (그림 2)에 의해 분석 되었다. 동안 학생 수술 FTIR 분광학 실험 및 NMR 분광학에 대 한 준비 샘플, 실험실 기술자 NMR 분광학 실험을 수행. 학생 들에 의해 얻은 결과 이전 게시 된 작업으로 일관 했다. 11

이 실험 또한 도전 학생 추출을 수행 하는 공부 하지 않은 PHWE (자세한 정보는 지원에서 채용 식물 종 두 번째 부분을 갖추고 있지만이 실제로,이 보고서에 제시 되지 정보)입니다.

Figure 1
그림 1. 정 향의 PHWE입니다. 9 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2. PHWE의 코레아 reflexa. 11 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 . 학생 준비 대표 TLC 판. (10% 아세톤 / cyclohexane 차입). 레인 1 (E): eugenol 표준; 레인 2 (원유): 원유 정 향 추출 물; 레인 3 (A): 표준 acetyleugenol). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

아세톤 / cyclohexane (%v/v) 의미 하는 아 세 틸-eugenol Rf 아 세 틸-eugenol Rf (σ) 제놀 R 의미f 제놀 Rf (σ) 의미 하는 ΔRf TLC 분석의 수
0 0.06 0.08 0.04 0.06 0.02 12
5 0.34 0.11 0.27 0.09 0.07 15
10 0.45 0.07 0.34 0.05 0.12 20
20 0.51 0.07 0.41 0.06 0.10 20
30 0.58 0.10 0.49 0.12 0.10 19
40 0.63 0.08 0.56 0.08 0.07 16
50 0.76 0.08 0.73 0.08 0.03 17
60 0.77 0.13 0.73 0.15 0.04 12
70 0.84 0.13 0.81 0.13 0.03 11
80 0.90 0.06 0.87 0.08 0.02 10
90 0.88 0.06 0.87 0.05 0.01 11
100 0.87 0.13 0.86 0.14 0.02 6

표 1. 고정 요인 Rf에 eluent 구성의 효과 개요의 테이블.

Figure 4
그림 4 . 학생 준비 대표 TLC 번호판입니다. 왼쪽: 액체-액체 추출 단계 결과 분석 TLC 판 (10% 아세톤 / cyclohexane 차입). 레인 1 (E): eugenol 참조 표준; 레인 2 (레바논): eugenol 포함 유기 추출; 레인 3 (A): 표준 acetyleugenol 참조; 레인 4 (LEN): 유기 추출 물 포함 하는 acetyleugenol. 오른쪽: TLC 판 플래시 칼럼 크로마토그래피 단계 결과 분석 (10% 아세톤 / cyclohexane 차입). TLC 판에 숫자 시험 관 분수 수와 관련이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

증기 증 류 법에 의해 정 향에서 eugenol을 격리 하기 위한 고전 절차 수십 년 동안 시드니의 대학에서 중간 화학 실험실 프로그램의 일부가 되었습니다 하지만 2016 (그림 1)에서 PHWE 방법론을 현대화 했다. 9 , 18 이 숫자 혜택 제공. 첫째, 실험실 환경에서 가정용 에스프레소 기계를 활용 하 여 즉시 매혹 하 고 전통적인 과학적 연구 효과를 비 클래식, 대체 방법의 응용 프로그램을 설명 하 여 학생 들을 종사. 또한,이 새로운 메서드 추출 완료 하는 데 걸린 시간을 감소 하 고 실험의이 새로운 반복에 추가 운동의 설립을 활성화. 특히,이 얇은 층 크로마토그래피 (TLC)를 도입 (고급 학생에 대 한 칼럼 크로마토그래피를 플래시) 허용.

정 향의 PHWE에 초점 실험 입문 실험실 경험 2 년 학부 화학 학생에 대 한 이런 이유로 그것은 기능 해설 교육 방법으로 설계 되었습니다. 9 이 더 규범적인 레시피-스타일 절차를 효율적으로 정 향에서 eugenol의 추출 완료 유기 화학에서 다소 제한 된 경험을 가진 학생 수 있습니다. 이 실험에서 크로마토그래피를 위한 적합 한 eluent 구성과 회전 증발 기를 사용 하 여 식별 하는 TLC를 이용 하 여 산 성 화합물의 산 성-기본 추출 같은 개념 도입 또는 온라인 사전 랩 비디오의 조합에 의해 강화 교육 및 사람에 논증입니다. 보완 구성 요소 두 가지 할당 된 세션 동안 착수, 중간 화학의 고급 스트림 학생 들 또한 구분 eugenol와 acetyleugenol 열 크로마토그래피에 의해 고 추출 된 구성의 id를 결정 TLC를 사용 하 여. 두 번째 세션에 학생 들은 비판적으로 두 개의 분리 방법을 비교할 수 있습니다. 일반적으로, 학생 들은 최소한의 교육으로 할당 된 두 개의 4 시간 기간 내의 전반적인 실험을 완료 수 있었다.

PHWE 및 seselin 및 (+)의 격리 실험- 코레아 reflexa 에서 epoxysuberosin 경험된 많은 학생 들은 3 학년 학부 화학 학생에 대 한 개발 되었다. 특히,이 학습 운동 연구 실험실에서 연구의 결과 이었다. 11 실험의 첫 번째 반복은 2015 년에 타스 마니아의 대학에 3 학년 학부 화학 실험실 프로그램으로 통합 되었다. 2 년 후 개정 및 재평가,이 실험 2017 년에서 세 번째 시간에 대 한 제 3 년제 학부 클래스에 의해 수행 되었다.

이 실험은 일부 천연 제품 연구소 및 최소한의 지침을 작성 기능에 접근을 시뮬레이션 하기 위해 노력 하는 가이드-기반 활동으로 특별히 설계 되었습니다. 이 학생 감독 학문 이며 그들은 필요에 따라 방향을 제공 하 여 실험을 통해 작품으로 학생을 지원에 핵심 역할을 담당 하는 연구소 강사. 이 실험에서 크로마토그래피에서 주요 실험실 기술을 개발 학생과 고용 구조 설명 수행을 NMR 분광학. 이 실험실 경험 교실에서 학생 들에 게 선물 되는 bioprospecting의 개념을 강화 하 고이 천연 제품의 더 대표 경험을 제공 하기 위해 이전 unstudied 식물 자료에 대 한 연구를 확장 될 수 있습니다. bioprospecting입니다. 그러나 C. reflexa 는 발병 호주 식물 종,,이 샘플 실험에서 다른 지상파 식물 종에서 적절 한 잎 소재 대체 하실 수 있습니다.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

저자는 학교의 자연 과학-화학, 타스 마니아의 대학 및 화학의 학교, 시드니의 대학 재정 지원에 대 한 인정합니다. B.J.D.와 제이이 연구 훈련 프로그램 장학금에 대 한 호주 정부를 감사합니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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