A természetes vegyületek néhány alaptípusa 1. Nukleinsavak, nukleotid koenzimek 2. Aminosavak, peptidek, fehérjék 3. Mono-, di- és oligoszacharidok 4. Izoprenoidok terpenoidok karotinoidok szteroidok 5. Oxigéntartalmú természetes vegyületek ketidalapú poliéterek, polilaktonok, flavonoidok 6. Alkaloidok
Gyógynövény és Drogismeret Farmakognózia – Fitokémia, gyógynövények alkalmazása
Dr. Szőke Éva, egyetemi tanár (szakmai vezető), Semmelweis Egyetem, Balázs Andrea, Blázovics Anna, Kéry Ágnes, Kursinszki László, Lemberkovics Éva, Then Mária, dr. Alberti-Dér Ágnes, Balogh György, dr. Bányai Péter, Blazics Balázs, Böszörményi Andrea, Kalász Huba, Könczöl Árpád, Lugasi Andrea, Szarka Szabolcs, Szentmihályi Klára, Vasas Gábor (2012) http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412A/20100008_farma/eloszo/eloszo.html
A biopolimerek lehetséges izomereinek száma Termék
monomer dimer trimer tetramer pentamer monomer dimer trimer tetramer pentamer
A sztereoizomerek nincsenek figyelembe véve A szerkezeti izomerek száma A komponensek Peptidek, szacharidok száma nukleotidok Z1 1 1 Z2 1 10 Z3 1 120 1424 Z4 1 Z5 1 17872 1 Z 1 20 YZ 2 XYZ 6 720 WXYZ 24 34560 VWXYZ 120 214460
A természetes vegyületek fontosabb csoportjaival foglalkozó közlemények száma (kb. 3965000) alifás természetes vegyületek poliketidek szaccharidok egyszerű oxigénciklusok egyszerű aromás vegyületek benzofuranoidok benzopiranoidok flavonoidok tanninok lignánok policiklusos aromás vegyületek hemi- és monoterpenoidok szeszkviterpenoidok
9600 11720 18800 2550 3200 16700 25400 63400 32100 15600 78300 28700 51000
39000 diterpenoidok szeszterterpenoidok 1200 triterpenoidok 44600 egyéb terpenoidok 3200 szteroidok 517500 aminosavak és peptidek 2922500 egyszerű alkaloidok 6100 feniletilamin-vázas alkaloidok 20400 indolvázas alkaloidok 13300 egyéb alkaloidok 12100 polipirrolvázas vegyületek 25700 egyéb természetes vegyületek 600
A Chemical Abstracts (SCIFINDER) adatbázis 2015-ben 685000 szervetlen és szerves vegyületet, 2,3 millió peptid és nukleotid szekvenciát, 8,4 millió egy- és többlépéses reakciót referáló közleményt tartalmazott
Gyógyszermolekulák eredet szerinti felosztása (FDA, 1981–2002) A gyógyszermolekulák 67%-ában játszottak szerepet a természetes anyagok! 33% 23%
Biol. eredet TA
10%
TA deriv. Sz.A
4%
5% 12%
3%
10%
Sz.A/TAH Sz.A/TA-PP Sz.A/TAPP/TAH Vakcina
Lineáris természetes vegyületek kialakulása O
OH
O
HO HO
SCoA
OH
OH
OH
O
O
piroszõlõsav enol forma
piroszõlõsav oxo forma
OH piroszõlõsav enol-foszfát
acetilkoenzim A O
a
O
O
SCoA C2 egység O
H
a SCoA C4 egység
a
O
C6 egység
OH
OH
telitett szénlánc O
O
OH
SCoA
SCoA b
H
telitetlen szénlánc OH
OH
HOOC*
O
O SCoA
O
b
SCoA C2 egység
O
COSCoA
OH P
OH
O
OH β - D-glukopiranozid
aktív C2 egység
O
O
HO
O
OH
HOOC OH m evalonsav
O
O m evalolakton
hosszúszénláncú zsírsavak O OH sztearinsav OH olajsav
O
O OH
arachidonsav
OH OH O
HO
prosztaglandin PGF2α
HO
Benzolgyűrű kialakulása poliketid-láncból
savkatalizált
báziskatalizált
H 3C
ClH3C
OH
H
N
CH3 OH NH2
OH klórtetraciklin
O
OH OH O
O
Oldallánc kapcsolása karbociklushoz COOH
COOH
COOH
COOH
H
H - HOP OH PO
PO
CO2H
PO
O OP
- HOP
CO2H PO
O
CO2H
CO2H
CO2H O
NH2
O O H O
X fahéjsav
biogén am inok (tiram in) (adrenalin) katecholam inok dopam in
+ NH3 + 2H - H2O OH tirozin
CO2H
OH korizm isav
OH
OH
OH
O
CO2H
- CO2 - 2H OH
OH
CO2H
Antocianinok és flavonoid vegyületek
O
X
O
O
O
OH flavén 2-fenil-kromén
O
flavon
O
flavonol
flavilium só
OH HO HO
O
O
OH OH
katechin
OH
O izof lavon
OH
Antocianinok glikozidok (aglikonjaik az antoc ianidinek): a 2- fenil-kromén élénk vörös, bíbor, ibolya és kék színű polihidroxi származékai ) amelyek elsősorban növ ények szirom leveleiben (pipacs, búzavirág, s tb.) és terméseiben (cseresznye, eper, málna, s tb.) fordulnak elõ nagy változatosságban ( metilezett, ac etilezett ox idált és redukált f ormában) Flavonoidok: a 2-fenil-kromén 4-oxo származékai, amelyek a növ ények elsõsorban s árga színanyagaiként f ordulnak elõ
Az antocianinok szíme a sejtek pH-ja és a molekulák aggregációs szintje szerint változik OH
OH OH
OH
-H HO
O Cl cianidin klorid pH = 3 piros
+H
"anhidrobázis" pH = 8 ibolya
OH OH
+H - H2O
O
HO
OH
-H
H2O OH
OH
OH
OH
HO
O
HO
O
O
OH "pszeudo bázis" színtelen
OH OH
pH = 11 kék
O O
A monenzin A poliketid-eredetű poliéter antibiotikum bioszintézisének levezetése építőköveiből COOH
COOH SCoA O
4x
7x
O
O
OH
OH
OH
O
O
OH
OH
OH
O
COOH
SCoA
SCoA
SCoA
O
O O
O
O
O
O
monenzin A nátrium-só C-glikozid, spiroacetál Streptomyces cinnamonensis
Lipidek Lipid
A legváltozatosabb kémiai szerkezetű vegyületek Jellegzetesen apoláris oldószerekben [Et2O, CHCl3, CS2, EtOH (forró)] oldódó molekulák
Lipidek felosztása
Egyszerű lipidek (nem hidrolizálhatók)
Összetett lipidek (hidrolizálhatók)
1. Terpén 2. Karotinoid 3. Szteroid 4. Prosztaglandin 5. (Feromon) 6. (Vitamin)
1. Acil-glicerin (glicerid) 2. Viasz 3. Foszfolipid glicerofoszfoszfingofoszfo4. Glikolipid gliceroglikofoszfogliko-
zsír vagy olaj triglicerid
A-vitamin terpenoid
koleszterin szteroid
lecitin foszfatid (foszfatidil kolin)
Izoprenoidok izopentán „izoprén-szabály”
izoprén
C6 glükóz
C3
- C1
OH
C2
- C1
3x O
O
izopentenil OPP difoszfát IPP
mevalolakton
+
hemiterpén O HO
C3
C5
OH OP
dezoxixilulóz foszfát DOXP
izom.
dimetilallil difoszfát OPP DMAPP
1. Terpenoidok 2x IPP 3x IPP 4x IPP 5x IPP
monoterpén (C10) 2x szeszkviterpén (C15) 2x diterpén (C20) szeszterterpén (C25)
triterpének szteroidok karotinoidok (C40)
Illeszkedés módjai:
láb - fej
láb - láb
Igen elter jedtek a ter mészetben, elsősor ban a növényvilágban (több ezer szár mazék ismer etes) különösen illóolajokban O O Egy vagy több =, -OH, -OR, -OCOR, C cisz-tr ansz és R-S izomér ia Adott alapvázak
fej - fej
stb.
Néhány jellegzetes képviselőjük: OH OH
geraniol (Pellargonium fajokban)
*
nerol (narancsvirágban)
OH
linalool (gyöngyvirágban)
limonén (citrom, narancs)
*
HO
O
O
kámfor
mentol
OH
Iridoidok: több, mint 600 képviselő molekula
O
HO H H3CO
H O
H O
O loganin
guaiazulén (kamillából) szeszkviterpén
glc
H3CO
H
O
O
O szekologanin
azulén aromás (4n+2) π-elektron
glc
Biogenetikai átmenet a terpenoidokból a szteroidokba
szkvalen (cápából), triterpén
H
H
+ H+ elektr ociklizáció H HO
O H+ × ×H × × × HO
×
×
+ H+
× lanoszter in szter oid
- H+
1,2-vándor lás (H és CH 3)
28 (=256) lehetséges szter eoizomer de általában csak egy képződik
2. Karotinoidok Tetr ater pének, több mint 700 ismer etes ,,Őszi´´ színek: par adicsom, papr ika, kukor ica, őszi levél sár ga, nar ancs, vör ös, ibolya számos = E-Z geometr iával, oxigén funkciós csopor tok: O
O
-OH, -OR, C
C
C
O
stb.
C H
OR OH
β-karotin
retinol (A1 vitamin)
E
Z
hν O
retinal (all-transz) (a látóbíborban)
a látás molekuláris alapja 11-cisz-retinal
O
3. Szteroidok Többszáz természetes és több ezer (fél)szintetikus képviselőjük ismeretes 21 18
20
11
1
9
2 3
10
A 4
C H 13
5 B
H
H
6
8
24
25
26
merev vázon kettőskötéseket, alkil oldalláncot, oxigén funkciós csoportokat (OH, -CHO, -CO-, -COOH, észter, lakton, stb.) tartalmaz
23
12 19
22
D
17
14
27 16
15
H
7
szter án váz
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
transz-anti-transzanti-transz a legtöbb természetes vegyületben
H
H
H H
H
cisz-anti-transz-anti-transz epesavakban
H
H cisz-anti-transz-szin-cisz digitálisz glikozidokban
Szteroidok nevezéktana A szteroidok az izoprénvázas vegyületek legfontosabb csoportját alkotják. A szteroidok az alábbi tetraciklusos gyűrűrendszert tartalmazzák, amelyhez a nyíllal megjelölt helyeken metilcsoport, illetve több szénatomos oldallánc (R) vagy újabb gyűrű kapcsolódhat.
Furka Árpád: Szerves kémia • Tankönyvkiadó, Budapest, 1988.
A képleten feltüntettük a szénatomok számozását és a gyűrűk betűjelét is. A gyűrűkben és az oldalláncban előfordulhat kettős kötés is, sőt az A- és B-gyűrű aromás is lehet. A gyűrűkhöz és az oldallánchoz oxigéntartalmú funkciós csoportok kapcsolódhatnak. A gyűrűrendszer alakját a gyűrűk (cisz vagy transz) illeszkedése szabja meg. A szteroidok körében a gyűrűk illeszkedésének háromféle kombinációja fordul elő, amelyet az androsztán, az etiokolán és az izoetiokolán példáján mutatunk be.
A B- és a C-gyűrű illeszkedése mindig transz, az A/B és a C/D illeszkedés lehet transz és cisz is. Az újabb IUPAC-nómenklatúra mindhárom vázat androsztán váznak tekinti, a különbségeket a C-5 és a C-14 atomhoz fűződő hidrogénatom térállásának α vagy β megjelölésével fejezi ki, de utóbbit csak akkor kell kiírni, ha a C/D illeszkedés nem transz. A szubsztituensek térállása kétféle lehet: α vagy β. A szubsztituens térállása akkor β, ha a gyűrűrendszernek (mint görbe felületnek) ugyanarra az oldalára esik, mint a C-10-hez kapcsolódó metilcsoport. Az ellenkező oldalra eső szubsztituensek α-térállásúak.
Ha a térszerkezetet síkban ábrázoljuk, az anelláció típusát kétféleképpen is jelezhetjük. Vagy pontot teszünk arra az anellációs helyre, ahol a szubsztituens vagy a hidrogénatom felénk mutat, vagy feltüntetjük, hogy az anellációs helyekhez kapcsolódó szubsztituensek vagy hidrogénatomok milyen térhelyzetűek. A β-térhelyzetűeket kihúzott vonallal, az αhelyzetűeket szaggatott vonallal kötjük a vázhoz.
A szteroidokat több csoportba szokták sorolni. Így megkülönböztetünk szterineket, epesavakat, szívre ható glikozidokat, szteroidszaponinokat, nemi hormonokat, mellékvesekéreg-hormonokat, metamorfózishormonokat és szteroidalkaloidokat.
Fontosabb, terápiásan is hasznos szteroidok: Szterolok Alapváz:
H H
H
H
H
H
HO
HO
H
koleszterin (ló agyvelőből)
kolesztán (C27), 3β-OH alkilcsoportok, kettőskötések
ergoszterin (élesztőből) hν
O O H
H
HO
dioszgenin (Dioscorea fajokból)
D2 vitamin (ergokalciferol) (Ca anyagcsere, csontképzés) OH
Epesavak Alapváz:
O HO H
H H H
OH
H
H OH
kolán (C24) C5 oldallánc, COOH AB cisz α OH csoportok
HO
H
H OH
kólsav Az epében található. Na-sója a zsírokat emulgeálja a vékonybélben.
Digitálisz-glikozidok Alapváz: O
17
H H
H
H
kardanolid (C23) γ lakton oldallánc AB és CD cisz
O
Teljes glikozid - acetil Teljes glikozid - glukóz Teljes glikozid - glukóz - acetil Aglikon
dezacetil-lanatozid C acetil-digoxin digoxin digoxigenin
O
O
H H O
O
H
H
aglikon O O CH 2OH O O OH HO
OH
β-D-glükóz
OCOCH 3
O OH
O OH
3-β-D-digitoxóz
lanatozid C (Digitalis lanata-ból) fontos szívgyógyszer
Mellékvesekéreg-hormonok (kortikoszetroidok) Alapváz: 21 20
pregnán (C21) 3,20-dioxo, 21-OH kettőskötés C4-nél mellékvesekéregből izolálták
H H
H 3
H
Mineralokortikoidok: O
H
O HO
O
OH OH O
O H H O
H
aldoszteron ionegyensúly (Na+ retenció, K+ szekréció) szabályozása
H H O
H O S
szpironolakton (félszintetikus) aldoszteron-antagonista diuretikus hatás
Glükokortikoidok: A szénhidrátanyagcsere szabályozása gyulladásgátló hatás OH
OH O OH
HO
O OH
HO H
H H
H
H
H
O
O
hidrokortizon
prednizolon (félszintetikus)
Gesztagének (női szexuálhormonok)
CH O
C H
H H
H
O
progeszteron (corpus luteum és a placenta termeli) fenntartja a terhességet
OH
H H
H
O
noretiszteron (nor!) (szintetikus termék) ösztrogénnel kombinálva: antikoncipiens hatás
Ösztrogének (női szexuálhormonok) Alapváz: CH3 H
ösztrán (C18) A gyűrű aromás OH, =O csoport C-19 hiányzik
H H
H
H
CH O
C
OH
OH
H H HO
H H
H HO
ösztron
H
H
H
H
HO
ösztradiol
17-α-etinil-ösztradiol (szintetikus, orális)
A gesztagének és az ösztrogének együttesen szabályozzák a szexuális funkciókat és a menstruációs ciklust
Androgének (férfi szexuálhormonok) Alapváz: H H H
androsztán (C19) OH, =O csoport
H
H
OH
O H H
H H
HO
H
H
O H
androszteron (először izolált vegyület)
tesztoszteron (testis termeli) (természetes hormon) szabályozza a szexuális funkciókat
Anabolikus hatású vegyületek (tesztoszteron származékok) - félszintetikus vegyületek - rekonvaleszcenciában, oszteoporózisban OH
OH H
H
H
HN
H
H
N
O
H
metándienon
sztanozolol az egyik legismertebb ,,doppingszer´´
A fehérjeszintézist stimulálják.
A szexualitás molekuláris alapja: O
aromás
OH
aromás
H
H
Női: H
H HO
HO
ösztr on
ösztr adiol O
alifás
OH
alifás H
H
Férfi: H HO
H
H
H
H
andr oszteron
H
H
O
tesztoszter on
More steroids with pharmaceutical effects O
O
OH O O
H O
H
H
O H hydroxydione (with narcotic effect)
N
CH3
H
O
H O
N H
H 3C 2 Br
H
pancuronium bromide (peripherial muscle relaxant)
A porfinek általános szerkezete mezomerek
N
N
tautomerek
N
H
H H
N
N H H
H N
N
+ H+
N
N
N
N
N
– H+
+ H+
N
– H+
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
Fe N
mezomerek Fe
konfigurációja: 1s2, 2s2p6, 3s2p6d6→24 e + d4, 4s2p6→36 e = Kr konfiguráció
Alkaloidok N tartalmú (rendszerint heterociklusos), közepes (de néha gyengén) bázikus, növényi (de néha állati) eredetű természetes vegyületek, rendszerint jelentős biológiai aktivitással. A nitrogén forrása általában aminosav, vagy belőle képződő biogén amin. Néhány fontosabb biogén amin O HO
- CO 2 OH
O HO
O
NH2
NH2
szerin
aminoetanol
CH3 N CH CH3 3
acetilkolin
O H2N
OH
lizin O
- CO 2
NH2
H2N
pentametiléndiamin
O
HO
O OH
NH2
glutaminsav
NH2
- CO 2 HO
NH2
γ-amino-vajsav
O NH2
- CO 2 OH NH2
HO
HO
tir ozin
tir amin O
N
OH
- CO 2
NH2
N H
NH2
N N H
hisztidin
hisztamin
O OH N H tr iptofán
NH2
- CO 2
NH2 N H tr iptamin
Alifás aminosavakból levezethető alkaloidok lizinből
ornitinből
H
N H H
N
koniin (Conium maculatum)
N CH3
nikotin (Nicotiana tabacum)
O H3C
N
OCH3 O O
piperidin pirrolidin N ornitinből
(-)-kokain (Erythroxylon coca) erős lokalanesztetikum, de veszélyes kábítószer
alkohol: tropin HC N 3
tropánváz (-)-hioszciamin (Hyoscyamus niger) (±)-atropin (Atropa belladonna) paraszimpatolitikum
O
O
H OH sav: tropasav
O
O
OH H H
+ H3CNH3Cl
+
szukcinaldehid
25°C
O OH
O
O H 2O -2 H 2O
H3C
N
OH O
O OH
O aceton-dikar bonsav
-2 CO 2
H3C
N O tr opinon
biomimetikus szintézis (R. Robinson)
∆
Fenilalaninból levezetett alkaloidok O X
X
OH NH2
- CO 2
-H NH2
+ H 2O X - NH 3
O
Pictet-Spengler (Mannich) X HN
-2 H X
mor finán
HN
NH X
X benzil-izokinolin
H3CO H3CO
H5C2O
N
H5C2O
NH
OC2H5
OCH3 OCH3
papaverin (Papaver somniferum-ból) simaizom görcsoldó
OC2H5
drotaverin (szintetikus) simaizom görcsoldó
H3CO N CH3 CH3
HO O
H3CO Cl
-
H3CO
N H H
H N H Cl-
OH O
H H3C N OCH3
(+)-tubocurarine (Chondrodendron tomentosum) muscle relaxant (Claude Bernard, „curare” effect) bis(benzyl-isoquinoline) skeletone
OCH3 OCH3
(-)-emetine (Cephaelis ipecacuanha) expectorant
Morfinalkaloidok
H3C
OR 2
N O
OR 1
R1 H Me Ac
R2 H H Ac
morfin kodein heroin
(Papaver somniferum-ból) morfin: kiváló fájdalomcsillapító, de veszélyes kábítószer kodein: jó köhögéscsillapító heroin: veszélyes kábítószer
Triptofánból levezetett alkaloidok O OH N
H
NH 2 tr ipt ofán
O NH 2
N
H
+
tr ipt amin
H H 3CO
H
O
O
NH
N
H H
H 3CO
H
H O
OH
OH O HO O OH 3α- H sztr ikt ozidin O 3β- H vinkozid
OH O HO O szekologanin
OH OH
10
8
11 12
Az indolvázas alkaloidok három alaptípusa
9
13
6 7
5
1
N
N
2
H
Me
4
15 16
MeO 22
3
21
3 14
H
3
14
H
20 17
O
19 18
22
3
22
N 14
17
15
N 16 21 22
O
16
O
17
OMe
14
H
19 18
sztrichnin I β Strychnos nux vomica analeptikum különleges szerkezet
21 15
20 20
szénváz II
H
19
N
N
18
20 3
szénváz III 21 22
katarantin II típus Catharanthus roseus gyógyszeralapanyag
20
H O
HO 19 18
16 17
18
OMe
17
N H
16
21
H 14 H 15
19
OMe
3
MeO
20
szénváz I
(-)-rezerpin I α típus Rauwolfia serpentina vérnyomáscsökkentõ neuroleptikum
H
15
OMe O
O
21
N
20 16 17
19
15 18
16
MeO 22
14
17
21 20
19
15
3 14
18
O
(+)-vinkamin III típus Vinca minor vérnyomáscsökkentõ
N
biszindol alkaloid
II. típus
N H HO
H3CO O
N
III. β típus O
N
O OCH3
H R HO R = CH3 R = CHO
vinblasztin vinkrisztin tumorgátló hatás
O
Rubánvázas (Cinchona) alkaloidok (szekologaninból) kinuklidingyűrű N
rubánváz N
H
HO H
kinolingyűrű (triptaminból, indol szárm.)
H
H
H
H H
R
HO
N
N
R=H (-)-cinchonin CH3O (-)-kinidin
(Cinchona succirubra) A kinin jelentős maláriaellenes hatású szer.
H
R
N
N
R=H (-)-cinchonidin CH3O (-)-kinin
Anyarozs (ergot) alkaloidok OH N
O
CH3
NEt2 H O
N
H
CH3 H
izopentenilpirofoszfátból
lizergsav-dietilamid (LSD) (veszélyes hallucinogén)
triptaminból
lizergsav: HOOC izolizergsav: HOOC
N H
N H
Ala
OH O
HN
H
HN H O
H
OH N
O
CH3 H
(-)-ergometrin a méhizomzat összehúzódását okozza
CH3 N H O
(Claviceps purpurea-ból)
O
Phe
N H
N H
N
H
Pro
N
(-)-ergotamin dihidroszármazéka migrénben hasznos
H. W. Kroto, R. F. Curl, R. E. Smalley (1985) Buckminsterfullerene Nobel Prize 1996
,,természetes” vegyület (a csillagközi térben kimutatható)
A legbonyolultabb (és legtoxikusabb) ,,kismolekulájú´´ ter mészetes vegyület HO Me
OH Me OSO3Na OH H O
HO
HO H
Me
Me
O
Me
H OH
HO
O
H
Me
H
H
O
H
O
OH
H
OH H
NaO3SO OH
H OH
O
H
H
OH
O
H
O
H
H
H
O
H
O
H
H OH
OH OH O
O
Me H O H Me O Me
Me
Me
Me OH H HO
O
O
H H
H
O
H
H O
O Me Me O H H
O H H
Me
O
Me
Me
O
OH H H O
H
maitotoxin
O
Me
HO
OH H
H
Me
H
O
Me
H
O
O H
HO
OH H O
OH H
H H
O
OH
H HO
H
H
O
OH
H
OH OH
O Me H
Gambierdiscus toxicus (protozoon) C164H256O68S2Na2 2 aszimm. szubszt. kettős kötés 99 kiralitáscentrum 2.5x1030 lehetséges sztereoizomer LD50: 50 ng/kg
Természetes vegyületek izolálása
TERMÉSZETES VEGYÜLETEK
Apolárisak:
1. Izoprénvázasak 1.1. Terpenoidok 1.2. Karotinoidok 1.3. Szteroidok
3. Aminosavak, peptidek, fehérjék
Biopolimerek
2. Szénhidrátok 2.1. Monoszacharidok 2.2. Di- és poliszacharidok
1 (kivéve glikozidok) 6
Mérsékelten polárisak: 5 7 (flavonoid aglikonok)
4. Nukleinsavak 5. Alkaloidok 6. Lipidek (zsíradékok) 7. Flavonoidok, antocianinok 8. Növényi szerves savak, csersavak
Polárisak: 2, 3, 8, és 1.1, 1.3, 7-ből glikozidok, antocianinok
Az extrakciónál, izolálásnál (kromatografálásnál) gyakrabban használt oldószerek eluotróp sora Petroléter
Tetrahidrofurán
Ciklohexán
Aceton
Szén-diszulfid
Etil-metil-keton
Szén-tetraklorid
n-Butanol
Benzol, toluol
Etanol
1,2-diklóretán
Metanol
Diklórmetán
Víz
Kloroform
Jégecet
Dietil-éter
Hangyasav Nem elegyedik vízzel
Etil-acetát
Piridin
I.
Extrakció
Megfelelő hatékonyságú extrakció céljából a növényanyagot elő kell készíteni. A legcélszerűbb előkészítés az aprítás. Apoláris vegyületek kioldása: apoláris oldószerekkel (CCl4, petroléter, CHCl3, stb.) Poláris vegyületek extrakciója: vízzel elegyedő oldószerekkel eredményes (MeOH, EtOH, aceton) ill. ezek és víz 3:1 arányú elegye
II. Izolálás
Extrakció után a tisztítás, izolálás menete vegyülettípusonként eltérő. II.1. Apoláris vegyületek esetében legtöbbször oszlopkromatográfiás módszerek, pl.: adszorpciós oszlopkromatográfia szilikagél oszlopon A módszer kiválasztásához előkísérletek: rétegkromatográfia Frakciók ellenőrzése: rétegkromatográfia, HPLC, gázkromatográfia (preparatív HPLC esetében ellenőrzés szintén HPLC-vel) II.2. Alkaloidok izolálása a) Előkészítés: Aprítás, feltárás (bázissá alakítás) Az alkaloidok a növényekben só formájában (növényi savakkal képzett sók) fordulnak elő, ezért ált. vizes ammóniával, vagy más bázissal (NaOH kivételével, miután a legtöbb alkaloid királis) felszabadítják, bázissá alakítják őket extrakció előtt.
II.2. Alkaloidok izolálása (folyt.)
b) Extrakció Így a vízoldékony alkaloidsók helyett alkaloidbázisokat exrahálnak kevésbé poláris oldószerrel (pl.: toluol, kloroform, 1,2-diklóretán). A poláris kísérőkomponensek (szacharidok,csersavak, glikozidos vegyületek, stb.) nem oldódnak ki a növényi mintából. A következő lépések előtt a szerves oldószer(ek) gyors, vákuum-desztillációs eltávolítása szükséges. c) A nemkívánt apoláris kísérőkomponensek (pl. klorofill, zsírok) eltávolítása c1) előextrakcióval (az extrahálószer apoláris oldószer, pl. petroléter) A következő lépések előtt a vizes fázis víztartalmának gyors, vákuum-desztillációs eltávolítása szükséges. Alternatívaként félmikro kísérletekhez, amennyiben az alkaloid-bázis oldékonysága vízben rossz, a szuszpenzió vákuumszűrése eliminálja a petroléteres fázist, majd a szűrőn fennmaradt anyag tisztítását folytatjuk. c2) az extraktum további tisztítása „fáziscserével”: A vízzel nem elegyedő oldószerrel készült oldatból híg, vizes kénsav vagy sósav-oldattal extrahálják az alkaloidokat, amelyek ismét sóvá alakulnak át, és így vízoldékonnyá válnak. A szerves oldószerben visszamarad a klorofill és a zsiradékok. A vizes oldatból ammóniás lúgosítás után ismét kirázzák szerves oldószerrel az alkaloidbázisok elegyét.
II.2. Alkaloidok izolálása (folyt.) d) amelyek egymástól való elválasztását többszörös oldószeres megosztásokkal, oszlopkromatografálással szokás megvalósítani. d1) Többszörös oldószeres megosztások Az alkaloidkeverék egyes komponenseinek megoszlási hányadosai (k=cfelsőf./calsóf.) közötti különbséget a vizes fázis pH-értékének változtatásával és a szerves fázis minőségének változtatásával lehet befolyásolni. d2) Oszlopkromatográfia Az alumínium-oxidon és szilikagélen végzett adszorpciós oszlopkromatografálások a leggyakrabban használatos módszerek. A megfelelő oldószerelegy kiválasztásához legalkalmasabb módszer a rétegkromatográfiás előkísérlet. Frakciók ellenőrzése: ld.: apoláris vegyületek Bonyolultabb keverékek elválasztása esetén az oldószeres megosztásokat, oszlopkromatografálásokat (Al2O3, szilikagel) kombinálják egymással.
II.3. Poláris vegyületek izolálása különös tekintettel glikozidos vegyületekre Monoterpén glikozidok, iridoidok izolálása Előkészítés: Aprítás (friss növényanyag esetén turmixgépben, oldószerrel) Extrakció: Vízzel elegyedő szerves oldószer és víz elegyével, nagyon ritkán vízzel történik az extrakció. Általában az izolálás logikai menete a következő: A) A szerves oldószer-mentességig bepárolt oldatból az apoláris komponenseket általában kétféle módszerrel távolítják el: a) Extrahálják apoláris oldószerrel (petroléter, CCl4, esetleg éter, CHCl3, stb) b) Kovaföldön átszűrve megkötődnek a kovaföldön a zsíradékok, a klorofill és az apoláris terpenoid jellegű vegyületek. B) Flavonoidok eltávolítása, izolálása a) Alumínium-oxidon átengedve a tömény vizes oldatot, megkötődnek a flavonoidok az alumínium-oxid felületén, és a többi vízoldékony vegyület kimosható mellőlük vízzel. A flavonoidok egy része irreverzibilisen kötődik az alumínium-oxidon, ezért a flavonoidok izolálására nem alkalmas módszer. b) Szabad karboxilcsoportokat tartalmazó ioncserélő gyantán reverzibilisen kötődnek meg a flavonoidok, szerves oldószerrel leoldhatók.
II.3. Poláris vegyületek izolálása különös tekintettel a glikozidos vegyületekre (folyt.) C) Szacharidok és egyéb erősen poláris kísérőanyagok eltávolítása Két módszer: a) Tömény vizes oldatból vízzel elegyedő szerves oldószerrel történő hígítással kicsaphatók a szerves oldószerben kevésbé oldódó mono- és diszacharidok. b) Aktív szenes módszer: Iridoidok izolálásánál gyakran használják, de ilyenkor A és B tisztítási folyamatok nem előzik meg. Extrakció után a betöményített vizes oldatból aktív szén felületére adszorbeáltatják a glikozidokat. A mono- és diszacharidokat vízzel és 10% etanol tartalmú vízzel leoldják, a glikozidokat 30%, 50% ill. 70% etanol tartalmú vízzel oldják le.
II.3.Poláris vegyületek izolálása különös tekintettel a glikozidos vegyületekre (folyt.) D) Izolálás Az előbbi módszerekkel előtisztított un. „glikozidfrakciók” komponenseit a továbbiakban 1) többszörös oldószeres megosztásokkal és leggyakrabban 2) szilikagél oszlopon kromatografálással tisztítják, választják el egymástól. Ritkábban 3) cellulózt, poliamidot is használnak különösen flavonoidok izolálására.
III. Az alkaloidok tisztításának munkavédelmi szempontjai:
Az alkaloidminták többsége, továbbá a növényi őrlemények, illetve a tisztítási lépések során kinyert bármelyik frakció biológiailag rendkívül aktív főkomponenst tartalmazhat. Sok alkaloidnak 1 mg/kg-nál jóval kisebb az LD50-értéke. Emiatt a tisztításokat jól működő vegyi fülkében szabad csak kivitelezni, miközben magunkat kesztyűvel, védőszemüveggel és védőköpennyel védjük. A környezet védelme szempontjából minden, a tisztítás során kinyert frakciót félreteszünk, és a főkomponenst nem tartalmazó frakciókat a tisztítás befejeztével összeöntjük, a gyűjtőedényt lezárjuk, feliratozzuk, és biztonságosan elszállíttatjuk a legközelebbi hulladék-égetőműbe. A tisztítás során nemcsak a kémiai vagy fizikai műveleteket kell vegyi fülke alatt végrehajtani, hanem a beméréseket, és a termékek szárítását is. Szobahőmérsékletű szárítást követően, amint lehet, azonnal rakjuk be az alkaloid-mintát mintatartóba, a fiolát zárjuk le, feliratozzuk, és lehetőleg hűtőszekrényben tároljuk. A légköri oxigén hatására sok alkaloid oxidálódhat, különösen bázisformában. Ezért ha a mintát pl. éjszakára vagy hosszabb időre a laboratóriumban kell hagynunk, mielőtt folytatnánk a tisztítást, a tárolás előtt a lombikot vagy a mintatartót töltsük föl argonnal (ez jobb, mint a nitrogéngáz). Sok alkaloid hőérzékeny, ezért tisztításuknál az alacsony forráspontú szerves oldószereket részesítsük előnyben, mert egyébként az oldószerek vákuum-desztillációs eltávolítása szobahőmérsékleten csak részleges lesz. A tisztított alkaloid-frakciót lehetőleg hűtőszekrényben tároljuk.
