Нейтральные вещества эмульсионного экстракта из древесной зелени пихты Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Лак КЧ-0125 140-150

NH4OH (25%-ный раствор) 11-13 Смесь изопропиловый спирт-вода (1:1) до 1л рН 7

Температура, °С 18-23

Время обработки, мин. 3-4

На поверхности фосфатной пленки образуется полимерное покрытие.

После каждой операции производится тщательная промывка в воде

6. После выдержки на воздухе полимерной пленки не менее 30 минут она отверждается при 140°С в течение 1 часа.

Разработанную технологию можно рекомендовать для промышленного использования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лукомский Ю.Я., Горшков В.К. Гальванические и лакокрасочные покрытия на алюминии и его сплавах. Л. :Химия. 1985. 184с.

2. Инженерная гальванотехника в приборостроении / Под ред. А.М.Гинберга. М.: Машиностроение. 1977. 512 с.

3. Андронов А.В., Кузнецов Э.А. Влияние структуры фосфатного покрытия на его защитную способность. Всероссийская НПК «Защитные покрытия в машиностроении и приборостроении. Сб. материалов. Пенза: Изд. Приволжский дом знаний. 2001. С. 34-35.

4. Войтович В.А. Коррозия: материалы, защиты. 2005. № 2. С. 25-31.

Кафедра химии и технологии высокомолекулярных соединений, кафедра технологии продуктов питания и биотехнологии

А.А. Королева, Л.П. Карманова, А.В. Кучин

НЕЙТРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА ЭМУЛЬСИОННОГО ЭКСТРАКТА ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ ПИХТЫ

(Институт химии Коми научного центра Уральского отделения РАН) E-mail: karmanova-lp @chemi. komisc. ru

Установлен структурно-групповой состав неомыляемой части экстрактивных веществ, выделенных обработкой древесной зелени пихты водным раствором гидроокиси натрия в пульсационном экстракторе-фильтре.

ВВЕДЕНИЕ

В решении проблемы использования природных биологически-активных веществ (БАВ) есть два главных аспекта: углубление химической переработки растительного сырья и изучение структурно-группового состава выделяемых соединений. Это, прежде всего, касается такого вида сырья как хвойные растения, которые обладают рядом особенностей по сравнению с другими растениями. Отсутствие листопадной фазы у большинства представителей семейства Coniferous является причиной накопления в клетках этих растений соединений, ответственных за поддержание жизнедеятельности в суровых условиях. В частности, мониторинг содержания полипренолов (известных иммуномодуляторов) в зеленой части растений показал [1], что накопление данных веществ происходит вследствие значительных перепадов температуры окружающей среды. Важной отличительной чертой древесной зелени хвойных

пород является многокомпонентность состава экстрактивных веществ, обладающих разной биологической активностью. Однако древесная зелень хвойных пород при лесозаготовках остается многотоннажным неиспользуемым сырьем, утилизация которого весьма актуальна.

Исходя из вышесказанного, задача извлечения БАВ из ДЗ видится перспективной и может быть решена несколькими способами. Нами для экстрагирования БАВ из древесной зелени (ДЗ) хвойных пород предложен новый способ эмульсионной экстракции [2,4]. Этот способ оптимизирован применением пульсационного экстрактора-фильтра [4]. В настоящей работе в рамках оптимального извлечения экстрактивных веществ из древесной зелени пихты эмульсионной экстракцией был исследован состав нейтральных веществ. Задача решалась комбинированием методов экстракции органическим растворителем, вакуумной разгонки и адсорбционной колоночной хроматографии.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Нейтральные соединения выделяли из эмульсии, полученной на пульсационном экстракторе-фильтре, принцип действия которого описан в работе [4]. ДЗ пихты (влажность 6 %) обрабатывали 5 % раствором КаОИ при гидромодуле 1:5. Технологический режим включал в себя стадию настаивания в течение 2 часов, характеризующуюся осмотическими и капиллярными явлениями. Происходит взаимодействие экстрагента (5 % раствора КаОИ) с экстрактивными компонентами, находящимися в межклеточном пространстве, которые представлены смоляными и жирными кислотами [5]. Образующиеся соли кислот являются эмульгаторами и формируют мицеллы. Одновременно происходит взаимодействие раствора основания с клеточной стенкой. При этом она частично разрушается за счет растворения гемицеллю-лоз, входящих в состав клеточной стенки [6], тем самым обеспечивается взаимодействие раствора основания с внутриклеточными экстрактивными веществами. Продолжается процесс мицеллообра-зования. Под действием процессов давления-разряжения, происходящих в рабочем режиме экстрактора-фильтра, интенсифицируются капиллярные явления, происходит постоянное обновление диффузионного пограничного слоя на поверхности твердой фазы, что способствует увеличению эффективности экстракции. После отделения твердой фазы мицеллярный раствор, в который вошли нейтральные вещества, экстрагировали петролейным эфиром. Выход нейтральных компонентов составил 3,4 % от массы а.с.с.

Анализ состава нейтральных веществ ДЗ пихты проводили в следующем порядке: определяли содержание каротиноидов в экстракте нейтральных веществ, проводили вакуумную разгонку нейтральных веществ, кубовый остаток омыля-ли спиртовым раствором щелочи, неомыляемые вещества разделяли на фракции адсорбционной колоночной хроматографией.

Выход каротиноидов, входящих в состав нейтральных веществ, определяли по величине экстинкции [7]. Электронный спектр пропускания для экстрактивных веществ в гексане имел характерный максимум из трех пиков в видимой области: 446, 463 и 477 см-1. Расчетное количество ка-ротиноидов - 3,1 мг % от массы а.с.с.

Вакуумную разгонку нейтральных веществ пихты проводили при 2-3 мм рт. ст. и температуре, повышающейся от комнатной до 70 оС. Отогнанные вещества (55 % от суммы нейтральных веществ; 1,87 % от массы а.с.с.) анализировали методом ГЖХ. Летучие компоненты представ-

ляли собой смесь моно- и сесквитерпеноидов, характерных для пихтового масла, получаемого традиционным способом - гидродистилляцией. В табл. 1 показано количественное соотношение основных компонентов пихтового масла в зависимости от способа его получения.

Таблица 1

Состав пихтового масла Table 1. The fir oil composition_

Выход, % от а.с.с. Компоненты, %

а-пинен камфен А3-карен борнилацетат борнеол

Литературные данные 2,5-5,0 10-30 10-25 5-10 30-40 1-6

ДЗ (перегонка с паром) 3,0 10 25 10 30 8

Экстракт эмульсии (вакуумная отгонка) 1,0 10 13 10 6 46

Как видно из табл.1, происходит перераспределение концентраций борнеола и борнилаце-тата в составе пихтового масла экстракта нейтральных веществ эмульсии по сравнению с пихтовым маслом, полученным перегонкой с паром [8, 9]. Это обстоятельство демонстрирует, что в процессе щелочной эмульсионной экстракции происходит частичное омыление борнилацетата.

Кубовый остаток вакуумной перегонки омылили 15 %-ным спиртовым раствором KOH [10], в результате которого получили 22 % (от массы нейтральных веществ) неомыляемых веществ и 23 % кислот.

Неомыляемые вещества разделили на фракции адсорбционной колоночной хроматографией. В табл.2 представлены полученные фракции соединений, которые характеризуются по функциональным группам.

Таблица 2

Состав неомыляемых веществ ДЗ пихты Table 2. The unsaponifiable substances composition of

fir wood greenery

Группы веществ % к массе неомыляемых веществ

Углеводороды 7,5

Карбонильные соединения, в т.ч. 8,0

-алифатические 2,9

-тетрациклические тритерпеновые 5,1

Спирты, в т.ч. 31,5

-алифатические насыщенные 17,0

-алифатические ненасыщенные 1,3

-полипренолы 12,7

-тетрациклические тритерпеновые 0,5

Оксоспирты тритерпеновые 0,06

Полифункциональные соединения 53

При адсорбционном разделении неомы-ляемых веществ были выделены следующие индивидуальные соединения.

Полипренолы - изопреноидные алифатические спирты формулы 1 составили 12,7 % от суммы неомыляемых веществ.

1 т=12-16 По данным :Н- и 13С-ЯМР-спектроскопии полипренолы ДЗ пихты содержат16-20 изопрено-вых единиц (т=12-16).

Неразветвленные длинноцепочечные алифатические спирты и их сложные эфиры с жирными кислотами входят в состав растительных восков. После реакции омыления адсорбционной колоночной хроматографией выделены насыщенные спирты: вторичный спирт С26 (2) и первичный спирт С22 (3).

Спирт 2 имеет 1пл= 77-79°С. ИК спектр соединения 2 содержит полосу поглощения валентных колебаний О-Н в области 3328 и группы С-О в области 1092 см-1, деформационных колебаний С-Н групп -(СН2)х - в области 720 см-1, характерных для неразветвленного соединения. Наличие сигнала в спектре 13С-ЯМР в области 72.05 м.д., мультиплета при 3.5 м.д. в спектре :Н-ЯМР, соотношение интегральных интенсивностей позволяет предположить структуру соединения 2.

Структура первичного насыщенного спирта 3 с 1пл = 67-69 °С подтверждается наличием полосы поглощения валентных колебаний О-Н в области 3452 и связи С-О в области 1060 см-1, деформационных колебаний С-Н для групп - (СН2)х - в области 720 см-1 в ИК спектре, сигналом углеродного атома, связанного с гидроксильной группой первичного спирта, при 63.09 м.д. в спектре 13С-ЯМР, а также по соотношению интегральных интенсивностей пиков спектра :Н-ЯМР.

Температура плавления 2 и 3 согласуется с литературными данными [11].

СИ3-(СИ2)18-СИОИ-(СИ2)5-СИ3 СИ3-(СИ2)21-ОИ

2 3

В смеси неомыляемых веществ содержится 0,36 % спирта 2 и 17, 2 % спирта 3.

Тетрациклические тритерпеновые спирты представлены ситостерином 4

(^л = 133-134оС) (0,47 % от веса неомыляемых веществ) с незначительными примесями кампестерина 5.

ИК спектр этих соединений содержит полосу поглощения валентных колебаний связи О-Н в области 3476 см-1, деформационных колебаний связи С-О в области 1060 см-1, валентных колебаний С=С связи - 1630 см-1 и внеплоскостных деформационных колебаний связи С-Н - 964, 844 и 804 см-1.

В спектре 1Н- ЯМР спиртов 4 и 5 наблюдается характерный мультиплет при 3.5 м.д. протонов СНгОН и триплет в области 5.35 м.д. протонов -С=СН- группы. Сигнал третичного углеродного атома, связанного с гидроксильной группой, в спектре 13С-ЯМР находится в области 71.81 м.д., сигналы атомов -С= и -СН- в области 140.80 и 121.69 м.д. соответственно.

Выделены и охарактеризованы два три-терпеновых соединения - дикетон 6 (5,15% от веса неомыляемых веществ, 0,87 % от массы а.с.с.) и кетол 7 (0,06 % от веса неомыляемых веществ, 0,01 % от массы а.с.с.). Известно, что тритерпе-ноиды ДЗ пихты представляют собой группу нейтральных соединений (лактонов) и карбоновых кислот с ланостановым, циклоартановым и модифицированными ланостановыми углеродными скелетами. Структура ланостановых кислот представлена в работах [12,13]. В процессе эмульсионной экстракции под действием щелочной среды ланостановые кислоты теряют карбоксильную группу и в состав неомыляемых компонентов переходят продукты деструкции тритерпеновых кислот (схема).

о

25Г"

СЦГ^СООН

NaOH, C2H5QHq2 ,t __ О

_НзС— С—СООН

Схема Scheme

Дикетон 6 в ИК спектре содержит полосу поглощения валентных колебаний С=О связи в области 1714 см-1. :Н-ЯМР спектр характеризует-

ОН

6

7

О

4

5

ся сигналами метиновых протонов двойной связи (7 атом углерода) 5.63 м.д., набором синглетов метильных протонов при четвертичных атомах углерода: С-18, С-19, С-24, С-28, С-29, С-30 и дублетом - при третичном С-20. Спектр 13С-ЯМР содержит два сигнала карбонильных атома углерода в области 209.20 и 218.76 м.д., сигналы двойной связи - 121.54 и 148.46 м.д.

На присутствие карбонильной и гидро-ксильной группы в соединении 7 указывают полосы поглощения валентных колебаний 1712 см-1 и 3352 см-1 в ИК спектре, а также сигналы третичного углеродного атома 76.25 м.д. и четвертичного углерода 208.36 м.д. в 13С-ЯМР спектре. Сигналами спектров ЯМР также подтверждается наличие в молекуле двух двойных связей.

Анализ спектральных и литературных данных [12,13,14] позволил нам предположить структуру тритерпеновых производных 6 и 7.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Общие аналитические методы

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). Анализ содержания полипре-нолов в смеси экстрактивных проводили на приборе «Милихром-1» на колонке 64x2 мм с нормальной фазой Silasorb 600 системой растворителей гептан/диоксан 95/5 (v/v), анализ соотношения гомологов полипренолов - на колонке 64x2 с обращенной фазой Separon C18 мм системой растворителей этанол/диоксан 95/5 (v/v) с использованием УФ детектора при ^=214 нм.

ИК-спектры снимали на приборе Спекорд М-80. Спектры 1Н-ЯМР и 13С-ЯМР снимали на приборе Bruker AM-300.

ГЖХ анализ пихтового масла проводили на приборе «Кристалл 200М», колонка НР-5МС 60 м, 0,251 мм, газ гелий, температурный режим 70-230 °С, 6 °/мин.

Извлечение БАВ из растительного сырья

Выделение экстрактивных веществ из ДЗ пихты. Эмульсию, полученную в пульсационном экстракторе-фильтре, упаривали на роторном испарителе до половины объема, экстрагировали оставшуюся часть петролейным эфиром, эфирный экстракт промывали дистиллированной водой до нейтральной реакции и после удаления растворителя получили сумму нейтральных веществ.

Разделение суммы экстрактивных веществ ДЗ. Омыление нейтральных веществ ДЗ пихты проводили 15%-ным спиртовым раствором КОН, перемешивая реакционную смесь при 60 оС в течение 3 часов. Реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры, переносили в делительную воронку с дистиллированной водой и

экстрагировали петролейным эфиром. Эфирный экстракт промывали насыщенным раствором №С1. После отгонки растворителя получили сумму неомыляемых веществ. Неомыляемые вещества ДЗ пихты разделяли на фракции адсорбционной хроматографией на колонке 8Ю2 АСК 1,0 х 0,015 м системой растворителей возрастающей полярности (п.э./д.э.). Разделение контролировали тонкослойной хроматографией (ТСХ) в системе растворителей гексан/д.э.=3/1; проявитель - раствор КМп04 с добавлением И2804.

Охарактеризованы следующие соединения.

1 m=12-16 ИК-спектр 1 (КБг,см -1): 3330, 1672, 1454, 1380, 1006, 840.

Спектр 'Н-ЯМР 1 (CDCI3, 300MHz, м.д ): 1.59 (s, CH3 trans), 1.68 (s, CH3, cis), 1.72 (s, а-СЩ, 2.1 (br, -CH2-), 4.1 (d, J=7.0 Hz, -CH2OH-), 5.1 (br, -C=CH-), 5.4 (t, -C=CH-CH2OH).

Спектр 13С-ЯМР 1 (75 MHz, м.д.): 15.94 (CH3, trans), 17.64 ((B-CH3, trans), 23.40 (CH3, cis), 25.68 ((-CH3, cis), 26.69 (-CH2-), 31.90 (-CH2-, trans-cis), 32.14 (-CH2-, cis-cis), 39.69 (-CH2-, transtrans), 58.90 (-CH2OH), 124.95 (-C=CH-), 135.14 (-C=CH-).

2

T пл 2 = 77-79°C.

Ж-спектр 2 (KBr^ -1): 3328, 147б, 1384, 1092, 720.

Спектр ^^MP 2 (CDCl3, 300MHz, м.д): 0.79 (t, CH3, C-20, C-26), 1.17 (br, CH2, C-3 -C-19, C-22 - G-25), 1.27 (br, GH2,G-2, G-21), 1.49 (OH), 3.51 (Br, GH C-1).

Спектр 13C-ЯMP 2 (75 MHz, м.д.): 14.08 (C-20, C-26), 22.67 (C-19), 25.65 (C-25), 29.57 (G-4 - G-19, C-23 - G-25), 31.90 (G-3, G-22), 37.52 (G-2, G-21), 72.05 (C-1).

3

T пл 3 = 67-69оС.

ИK-спектр 3 (KBr,см -1): 3452, 1476, 1384, 1084, 722. Спектр 13C^MP 3 (75 MHz, м.д.): 14.07 (G-22), 22.67 (G-21), 25.75 (G-3), 29.69 (C-5 -C-20), 31.92 (G-4), 37.84 (G-2), 63.09 (C-1).

OH

22

21

19

15

11

13

Спектр 1Н-ЯМР 3 (СDClз, 300MHz, м.д.): 0.79 (t, CH3, C-22, ), 1.2б (br, CHb C-4, C-19), 1.53 (m, CH2, C-2, C-3), 3.б4 ( br, CHC-l).

Спектр 13С-ЯМР 3 (75 MHz, м.д.): 14.07 (C-22), 22.б7 (C-21), 25.75 (C-3), 29.б9 (C-5 -C-20), 31.92 (C-4), 37.84 (C-2), б3.09 (C-l).

29

27

OH

Т пл 4 = 133-134°С. ИК-спектр 4 (KBr,см -1): 34б4, 1б30, 1470, 1382, 10б0, 9б4, 844, 804.

Спектр 1Н-ЯМР 4 (СDClз, 300MHz, м.д ): 0.б8 (s, CH3, C-18), 0.83 (d, CH3, C-26), 0.85(d, CH3, C-27), 0.87 (t, CH3, C-29), 0.92 (d, CH3, C-21), 1.01 (s, CH3, C-19),3.54 ( m, C^OH, C-3), 5.35 (t, CH, C-б).

Спектр 13С-ЯМР 4 (75 MHz, м.д.): 11.8б (C-18), 11.98 (C-29), 18.71 (C-26), 18.79 (C-21), 19.0б (C-19), 20.19 (C-27), 29.25 (C-25), 31.95 (C-8), 35.88 (C-10), 45.91 (C-24), 50.20 (C-9), 56.13 (C-17), 56.81 (C-14), 71.81 (C-3), 121.69 (C-6), 140.80 (C-7).

21

O

29

28

Т пл б = 140-141°С. ИК-спектр б (KBr^"1): 1714,1630, 1472, 1384, 1368, 1244, 1116, 1060, 820.

Спектр 1Н-ЯМР б (СDClз, 300MHz, м.д ): 0.81 (s, CH3, C-18), 0.86 (d, CH3, C-21), 0.98 (s, CH3, C-27), 1.01 (s, CH3, C-19), 1.07 (s, CH3, C-25), 1.08 (s, CH3, C-26), 2.11(s,CH3, C-24), 5.63 (m, CH, C-7).

Спектр 13С-ЯМР б (75 MHz, м.д.): 19.36 (C-21), 20.72 (C-ll), 21.22 (C-29), 22.37 (C-18), 22.94 (C-6), 23.05 (C-19), 27.30 (C-30), 27.93 (C-28), 28.33 (C-16), 30.59 (C-24), 32.99 (C-20), 32.99 (C-12), 32.99 (C-15), 34.09 (C-l), 34.30 (C-2), 35.74 (C-10), 44.00 (C-13), 45.38 (C-9), 46.92 (C-4), 50.86 (C-22), 51.92 (C-14), 52.34 (C-5), 52.93

(C-17), 121.54 (C-7), 148.46 (C-8), 209.20 (C-23), 218.7б (C-3).

21

18

12

19

11

35

10 8

20 1

13 II7

14 1б

8 15 24

7 30

22

23

Ю

29 28

Т пл Т = 175-17б°С. ИК спектр Т (ЕВ^см"1): 3352, 1712,1630, 1474, 1368, 1288, 1250, 1068, 1040, 990, 964.

Спектр 1Н-ЯМР Т (OTCI3, 300MHz, м.д.):

0.70.(s, CH3, С-29), 0.78 (s, CH3, С-18), 0.82 (s, CH3, С-30), 0.98 (s, CH3, С-28), 1.04 (d, CH3, С-21), 1.09 (s, CH3, С-19),

1.08 (s, CH3, С-26, 2.13 (s, CH3, С-24), 3.5 (br, CH, C-3), 5.17 (br, CH, C-16), 5.32 (br d CH, C-ll).

Спектр 13С-ЯМР Т (75 MHz, м.д.): 19.47 (C-21), 19.96 (C-19), 21.13 (C-26), 21.14 (C-6), 21.97 (C-18), 22.56 (C-27), 25.69 (C-2), 27.96 (C-ll), 28.18 (C-25), 28.37 (C-24), 30.49 (C-5), 30.55 (C-l), 31.24 (C-10), 37.91 (C-4), 39.62 (C-15), 40.05 (C-9), 40.83 (C-16), 46.72(C-20), 46.77 (C-17), 50.5 (C-14), 50.97 (C-22), 76.25 (C-3), 114.19 (C-8), 120.46 (C-12), 49.52 (C-8), 155.68 (C-13), 208.23 (C-23).

ЛИТЕРАТУРА

1. Swiezewska E. Et al. Acta Biochim. Pol. 1994. V. 4. P. 221 -260.

2. Кучин А. В. и др. Способ выделения нейтральных веществ липидов. Патент РФ № 2138283. 1998.

3. Кучин А.В., Карманова Л.П., Королева А.А. Способ выделения липидов. Патент РФ №2089237. 1998.

4. Кучин В.А., Карманова Л.П., Скрипова Н.Н. Химия и технология растительных веществ. Труды КНЦ УрО РАН. № 176. Сыктывкар. 2005. 100 с.

5. Ягодин В.И. Основы химии и технологии переработки древесной зелени. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1981. 224 с.

6. Оболенская А.В., Ельницкая Е.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология. 1991. 220 с.

7. Бритон Г. Биохимия природных пигментов. М.: Мир.1986. 422 с.

8. Koedam A., C.Schrffer J.J., Svedsen A.B. J. Agric. Food Chem. 1980. V. 28. P. 8б2-8бб.

9. Черняева Г.Н. Производство и анализ пихтового масла. Красноярск. 1977. 110 с.

10. Рощин В.И., Фрагина А.И., Соловьев В.А. Растительные ресурсы. 1986. Вып. 4. С. 530-537.

11. Досон Р. И др. Справочник биохимика. М.: Мир. 1991. 544 с.

12. Shentzov S.A., Raldugin VA. Chem. Nat. Comp. 1988. P.426.

13. Raldugin V.A., Shentzov S.A., Leibuk T.V. Chem. Nat. Comp. 1991.P.176.

14. Гришко В.В. и др. Изв. АН. Сер. химич. 1996. № 3. С. 752-755.

2

б

4

4

б