CC BY
21
УДК 543.421/.424
А. А. Чижевский, И. Ш. Абдуллин, В. Р. Гафиатуллина
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП ПРИРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ЭКСТРАКЦИИ
Ключевые слова: идентификация, функциональная группа, растворитель, экстрагент.
В работе изучены спектроскопические особенности различных растворителей как экстрагентов из природных материалов. Предпринята попытка выбора лучшего экстрагента по данным ИК и УФ-спектроскопических исследований.
Keywords: identification, functional group, solvent, extraction agent.
In work spectroscopic features of various solvents as ekstragent from natural materials are studied. An attempt of a choice of the best ekstragent according to IK and UF of spectroscopic researches is made.
Введение
Многие биологически активные и лекарственные соединения, получаются из растительного и животного сырья (или грибов). Существует два направления выделения таких соединений из сырья: селективное выщелачивание специфическим растворителем или групповое - универсальным. Последнее наиболее дешевый метод. Широко известен способ получения сублимированного кофеина из обработанных зёрен водной экстракцией. В качестве объектов выбраны растворители, представляющие собой полярные, слабо полярные и неполярные жидкости. Были исследованы вода, диоксан (как заменитель эфира) и петролейный эфир. За исключением воды экстрагенты имеют невысокую температуру кипения и являются доступными.
Самым популярным растворителем - экстраген-том является вода. Полярная жидкость с температурой кипения 100оС, что позволяет без применения вакуума экстрагировать многие полярные компоненты, такие как кислоты, многие амины, спирты. В случае гидролиза водой компонентов экстракта её заменяют на органический растворитель.
Спектры ИК и УФ показывают, что вода является хорошим экстрагентом полярных соединений не затеняющих компоненты более 225 нм и менее 3000 см-1 в соответствующих областях спектра (рис. 1).
Рис. 1 - ИК-спектр воды
В данной области наблюдается не полностью разрешенный и широкий триплет, который скрывает
мало интенсивные сигналы функциональных групп экстрагируемых компонентов в этой области. Данные пики могут иметь другую конфигурацию в случае наличия большого количества водородных связей в молекуле экстракта.
Таким образом, можно судить о возможных структурных взаимодействиях воды с компонентами экстракта.
Экспериментальна часть
Спектроскопическое исследование чистых растворителей экстрактов проводили на УФ и ИК фурье спектрометрах фирмы Shimadzu иУ-2600, ША0шиу-1. Исследования проводились по следующим методикам и ГОСТ: ГОСТ 3639-79, ТУ 9379-129-12424308-04 " экстракция растительного сырья". В исследовании применялись экстракты с массовой концентрацией от 1 до 5 процентов, с целью получениея однозначных спектров при минимальном разбавлении. Как правило, разбавлению подвергались образцы экстрактов грибов, в которых содержалось большое количество красителей. Степень разбавления 1 к 100. Так же подвергалось экстрагированию трава льна и хлопчатобумажная пряжа для трикотажного производства с линейной плотностью 16,5 текс.
В качестве неполярного экстрагента часто используют петролейный эфир 60/40. Спектроскопическое исследование показало наличие порядка 5% в составе бензола (рис. 2).
180 200 220 240 260 280 300 320
Рис. 2 - УФ-спектр петролейного эфира 60/40 (сплош.) и диоксана (пунктир)
Таким образом, можно проводить экстракцию неполярных соединений с учётом поправки на такое содержание бензола и наличие соответствующих полос. В случае наличия сигналов исследуемых со-
единений в области более 280 нм петролейный эфир спектрально чист.
Часто в исследовательских методиках применяемым экстрагентом является диоксан, имеющий спектральную линию при 270 нм. При компенсации данной полосы приборным методом спектры экстрактов можно получить в концентрации менее 1%.
Применяя комбинированную методику анализа растворов можно показать следующее: спектроскопическое исследование в УФ области водных вытяжек природных компонентов на примере гриба чага при разном времени экстрагируются хромофорные соединения типа спиртов и аминопроизводных имеющих пик в области 280 нм. В то же время ИК-спектр экстрактов для некоторых элементов выборки не информативны, поскольку полученные спектры идентичны и различаются лишь интенсивностью (рис. 3). Причём по спектру явно присутствует кислотная группа имеющая два пика в области 1690 - 1750 см-1. Так же наблюдается водородная связь.
Рис. 3 - УФ и ИК спектр водных экстрактов
УФ область спектра становится более информативной нежели ИК, в то же случае ИК-спектр подтверждает результаты идентификации полученные методом УФ спектроскопии.
В случае применения диоксана как экстрагента спектральные данные получаются при приборной компенсации растворителя.
Петролейный эфир имеет примесь ароматических компонентов и степень экстрагирования должна превышать 3%. Анализ спектроскопических данных показывает, что наиболее удачно экстрагированию подвергаются жирные кислоты и эфирные соединения, имеющие лиофобные группы.
Рис. 4 - УФ-спектр лигнина в диоксане (2-е накопление) с компенсацией диоксана (синяя линяя)
Выводы
1. Сопоставлены спектральные данные экстрактов из биологического сырья со спектрами растворителей.
2. Выбраны некоторые подходы к проведению экстракции как в аналитических, так и химических целях.
3. Создана база данных комбинированных спектров новых соединений.
Литература
1. Георгиевский В.П. Биологически активные вещества лекарственных растений / В.П. Георгиевский, Комиса-ренко Н.Ф., Дмитрук С.Е. — Новосиб.: Наука, 1990. — 333 с.
2. Бурда Н.Е. Количественное определение гидроксико-ричных кислот в траве и подземных органах FILIPENDULA ULMARIA (L.) MAXIM. / Н.Е. Бурда [и др.] // Материалы Всероссийской с международным участием научно-практической конференции «Традиции и инновации фармацевтической науки и практики». — Курск (апрель, 2011). — С. 209-212.
3. European Commission. 2003. Regulation (EC) No. 1831/2003 of the European Parliament and of the council of 22 September 2003 on additives for use in animal nutrition // Off. J. Eur. Union L. - 2003. - V. 268. - P. 29-43.
4. Костомахин H.M. Травяная мука - ценный белковый и витаминный корм / Н.М. Костомахин, А.В. Иванов // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. - 2014. - N° 2. - С. 3-9
5. Шилов В.Н. Влияние гидролизата травяной муки из амаранта на гематологические и биохимические показатели крови поросят-отъемышей / В.Н. Шилов, А.П. Жарковский, Г.Х. Сергеева // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана, 2010. -Т. 202. - С. 235-239
6. http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C144627&Mas k=400
7. Чижевский А. А., Абдуллин И.Ш., Азанова А. А. ИК-спектроскопия хлопчатобумажной пряжи, обработанной в газовом разряде, Вестник технол. ун-та, 12, 83 (2015).
© А. А. Чижевский - к.х.н., с.н.с. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, chaaman@mail.ru; И. Ш. Абдуллин - д.т.н., проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КНИТУ, abdullin_i@kstu.ru; В. Р. Гафиатуллина - магистр той же кафедры.
© A. A. Chizhevsky - Ph.D., p. n. s., of. «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, chaaman@mail.ru; I. Sh. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of. «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials» Department, KNRTU, abdullin_i@kstu.ru; V. R. Gatiatullina - master degree student of «Plasma-Chemical and Nanotechnology of High-Molecular Materials», KNRTU.
