ZADANIA 10A, 10B, 10C

Transkrypt

1 ZADAIA 10A, 10B, 10C IZLACJA SUBSTACJI Z SURWCÓW ATURALYCH Z WYKRZYSTAIEM APARATU SXHLETA (TRIMIRYSTYA, PIPERYA, BETULIA) Izolacja czystych związków organicznych z materiału biologicznego jest procesem złożonym, gdyż w każdym organizmie żywym obecne są setki tysięcy rozmaitych połączeń chemicznych. trzymanie jednej, wybranej substancji wiąże się z koniecznością przeróbki dużej ilości surowca, zwłaszcza gdy zawartość potrzebnej substancji jest niewielka, oraz z dobraniem właściwej, często wieloetapowej, procedury. Izolacja wybranych związków z materiału biologicznego obejmuje zazwyczaj: wstępne przygotowanie próbki metodami fizycznymi (np. rozdrobnienie) lub chemicznymi (np. hydroliza); wyodrębnienie głównej frakcji odpowiednio dobraną metodą (macerowanie tkanki odpowiednio dobranym rozpuszczalnikiem, destylacja prosta, destylacja z parą wodną, ekstrakcja ciągła w układzie ciecz-ciecz lub ciecz-ciało stałe) i ostatecznie izolację czystego produktu (metodami chromatograficznymi, na drodze krystalizacji frakcyjnej, przez odpowiednio dobrany ciąg przemian chemicznych itp.). Z drugiej strony związki, które mogą być pozyskiwane z tego źródła, ze względu na swą złożoną strukturę, są trudno dostępne metodami syntetycznymi. Przykładem z ostatnich lat mogą być problemy z pozyskiwaniem taksolu, złożonego związku organicznego, który jest uważany jako jeden z najbardziej H H Taksol H H obiecujących środków do walki z nowotworami piersi i jajników. aturalnym źródłem taksolu jest kora cisu krótkolistnego, jednak w całej korze ze stuletniego drzewa jest zawarte mniej niż jeden gram tego związku. W ciągu dziesięciu lat ( ) wskutek gwałtownej eksploatacji wytrzebiono prawie całą populację tej rośliny, gdyż dopiero w 1994 roku udało się opracować efektywną, choć bardzo kosztowną, metodę syntezy tego związku. Istnieją całe rodziny substancji organicznych, które są klasyfikowane jako odrębne grupy związków nie ze względu na podobieństwa strukturalne, ale właśnie ze względu na źródło pochodzenia i metodę izolacji. Do takich grup związków należą np. składniki olejków eterycznych, alkaloidy, oraz lipidy. UDA-PKL /09-00

2 LEJKI ETERYCZE Charakterystyczna woń wielu roślin wywołana jest obecnością w niektórych ich częściach (nasiona, kwiaty, liście) lotnych związków o intensywnym zapachu. Mieszaniny tych związków, dające się wyodrębnić np. drogą destylacji z parą wodną, to tzw. olejki eteryczne. W ich skład wchodzą najczęściej węglowodory oraz ich hydroksylowe i karbonylowe pochodne. Zawartość olejków eterycznych w wybranych częściach roślin niejednokrotnie przekracza 20% ich masy. W celu uzyskania olejku, oprócz destylacji z parą wodną można stosować ekstrakcję ciągłą części roślin w aparacie Soxhleta przy użyciu rozpuszczalników organicznych. Wyodrębnienie niektórych olejków (np. olejku różanego) wymaga jednak stosowania wyszukanych metod (ekstrakcja tłuszczami). iezależnie od sposobu uzyskiwania, otrzymane ekstrakty stanowią zazwyczaj mieszaniny wielu różnorakich substancji. Izolacja i oczyszczanie poszczególnych związków wchodzących w skład danego olejku eterycznego odbywa się na drodze destylacji, chromatografii lub przemian chemicznych. iektóre rośliny wytwarzają jednak olejki eteryczne szczególnie bogate w jeden, określony składnik (np. stanowiący powyżej 90% masy olejku). Przykładami takich związków mogą być: eugenol - w olejku goździkowym, aldehyd p-izopropylobenzoesowy - w olejku kminkowym, anetol - w olejku anyżowym. a rysunkach 1 i 2 przedstawiono wzory niektórych związków zawartych w wybranych olejkach. Ze względu na swą biogenezę (i związane z tym różnice w budowie) związki chemiczne wchodzące w skład olejków eterycznych można podzielić na dwie podstawowe grupy: A) Terpeny - węglowodory powstałe w wyniku biopolimeryzacji izoprenu (Rys. 1) oraz ich hydroksylowe i karbonylowe pochodne zwane terpenoidami (Rys. 2). Mogą to być zarówno połączenia łańcuchowe (np. cytronelol) jak i cykliczne (limonen, terpineny, mentol). H H CH kwas mewalonowy - H 2, - C 2 izopren H P P w produktach naturalnych występuje jako pirofosforan Rys. 1 UDA-PKL /09-00

3 CH H biodimeryzacja limonen -terpinen -terpinen aldehyd kuminowy mentol kamfora H cytronelol Rys. 2. Przykłady terpenowych składników olejków eterycznych: olejku owoców cytrusowych (limonen), majerankowego ( -terpinen), kolendrowego ( -terpinen), kminkowego (kuminaldehyd), miętowego (mentol), kamforowego (kamfora), geraniowego (cytronelol). B) Związki wywodzące się z kwasu szikimowego (Rys. 3). Są to pochodne benzaldehydu lub propenylobenzenu zawierające grupy hydroksylowe i/lub alkoksylowe (np. wanilina, anetol, izoeugenol) CH biotransformacje CH H H H H H kwas szikimowy anetol izoeugenol wanilina Rys. 3. Przykłady składników olejków eterycznych (anyżowego, muszkatołowego, waniliowego) wywodzących się z kwasu szikimowego. lejki eteryczne są powszechnie wykorzystywane w przemyśle kosmetycznym i perfumeryjnym, stanowią dodatki zapachowe perfum, wód toaletowych i kolońskich, mydeł, płynów do płukania itp. bok intensywnego, charakterystycznego zapachu, niektóre z nich (przeważnie te, które posiadają ugrupowania fenolowe) wykazują działanie bakterio- i grzybobójcze. UDA-PKL /09-00

4 ALKALIDY Zgodnie z tradycją oraz niejednoznacznymi definicjami 1 przyjmuje się, że alkaloidy są to związki organiczne o charakterze zasadowym, najczęściej pochodzenia roślinnego. Do tej grupy połączeń zalicza się kilkadziesiąt tysięcy związków o zróżnicowanej budowie, przy czym w większości są to pochodne związków heterocyklicznych, zawierające w pierścieniu przynajmniej jeden atom azotu. Związki te często wykazują silne działanie na organizm człowieka. Alkaloidy mogą być pochodnymi indolu (pochodne kwasu lizergowego, strychnina, brucyna), pirydyny (nikotyna), chinoliny (chinina, cynchonina), izochinoliny (papaweryna), piperydyny (koniina, piperyna, lobelina), tropanu (atropina, kokaina), puryny (kofeina, teobromina) i wielu innych układów heterocyklicznych. Istnieją również alkaloidy niebędące związkami heterocyklicznymi, a które swój zasadowy charakter zawdzięczają obecności w cząsteczce grup aminowych. Innym kryterium klasyfikacji alkaloidów jest naturalne źródło, z którego są pozyskiwane. Bardzo często od nazwy rośliny, z której po raz pierwszy uzyskano dany alkaloid wywodzi się jego nazwa zwyczajowa. Mówi się więc o np. alkaloidach opioidowych, tzw. opiatach, pozyskiwanych z mleczka makowego lub słomy makowej (mak lekarski - Papaver somniferum; np. papaweryna, morfina), alkaloidach sporyszu (ang. ergot, np. ergotamina), alkaloidach drzewa chinowego (np. chinina, chinidyna). ależy zauważyć, że niektóre związki o charakterze zasadowym, zawierające heterocykliczny atom azotu, mimo iż produkowane są przez organizmy zwierzęce również zostały włączone do rodziny alkaloidów (np. łamanina i epibatydyna występujące w skórze niektórych płazów). Więcej interesujących informacji o alkaloidach można znaleźć w opracowaniu: A. Kołodziejczyk, aturalne związki organiczne, PW, Warszawa Definicja alkaloidów wg. IUPAC: Basic nitrogen compounds (mostly heterocyclic) occurring mostly in the plant kingdom (but not excluding those of animal origin). Amino acids, peptides, proteins, nucleotides, nucleic acids, amino sugars and antibiotics are not normally regarded as alkaloids. By extension, certain neutral compounds biogenetically related to basic alkaloids are included. UDA-PKL /09-00

5 Przykłady alkaloidów należących do różnych klas strukturalnych: Kofeina (Teina) - alkaloid purynowy Występowanie: Liście roślin z rodzaju Camelia, nasiona niektórych gatunków krzewów z rodzaju Kawowców (Coffea) Działanie: Psychostumulujące Atropina - alkaloid tropanowy Występowanie: H Pokrzyk wilcza jagoda (Atropa belladonna), Bieluń dziędzierzawa (Datura stramonium) Działanie: Rozkurczowe, rozszerzające źrenice, przyśpieszające tętno Chinina - alkaloid chinolinowo-chinuklidynowy H Występowanie: Kora drzew z rodzaju Chinowców (Cinchona) Działanie: Przeciwmalaryczne, przeciwzapalne i przeciwgorączkowe Strychnina - alkaloid indolowy Występowanie: asiona Kulczyby wroniego oka (Strychnos nux-vomica) Działanie: W bardzo małych dawkach wykazuje działanie stymulujące, w nieco większych jest silną trucizną UDA-PKL /09-00

6 LIPIDY Lipidy są znacznie zróżnicowaną pod względem struktury grupą związków pochodzenia naturalnego, których wspólną cechą jest niska lotność i rozpuszczalność w niepolarnych lub słabo polarnych rozpuszczalnikach. 2 Do tej rodziny związków zalicza się m. in.: - tłuszcze proste, będące zazwyczaj triacylowymi estrami glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych (tzw. triglicerydy); - woski, czyli estry wyższych kwasów tłuszczowych i alkoholi zawierających zwykle powyżej 20 atomów węgla; - fosfolipidy, czyli estry glicerolu z dwoma resztami kwasów tłuszczowych, podstawione przy atomie tlenu -1 resztą kwasu fosforowego(v), zestryfikowaną choliną (lecytyny), seryną lub etanoloaminą (kefaliny); - prostaglandyny wielonienasycone 20-węglowe kwasy karboksylowe, często zawierające pięcioczłonowe pierścienie utworzone przez atomy wegla od C-8 do C-12 i zawierające dodatkowo grupy karbonylowe i hydroksylowe; - sterole i steroidy. Podana na wstępie definicja okazuje się jednak myląca i niejednoznaczna, gdyż niektóre ze złożonych lipidów, zawierających w swoich cząsteczkach, oprócz reszt wyższych kwasów tłuszczowych, polarne fragmenty (lipoproteiny, liposacharydy) nie rozpuszczają się w niepolarnych rozpuszczalnikach. Z drugiej strony, tak sformułowana definicja pozwala zaliczyć do grupy tłuszczów np. oligoterpeny (w tym karotenoidy). Więcej informacji o lipidach i funkcjach, jakie spełniają one w organizmach żywych można odnaleźć np. w podręczniku J. McMurry'ego Chemia organiczna lub w opracowaniu A. Kołodziejczyka aturalne związki organiczne, PW, Warszawa Definicja lipidów wg. IUPAC : A loosely defined term for substances of biological origin that are soluble in nonpolar solvents. They consist of saponifiable lipids, such as glycerides (fats and oils) and phospholipids, as well as nonsaponifiable lipids, principally steroids. UDA-PKL /09-00

7 Przykłady związków należących do różnych klas lipidów: H H H H H cholesterol (lipid steroidowy) H H prostaglandyna PGE 1 C 28 H 37 C 17 H 35 stearynian oktakozanylu (składnik wosku pszczelego) 2-oleinoilo-2,3-dipalmitynoiloglicerol (trójgliceryd będący składnikiem oleju z oliwek) fosfolipid należący do grupy lecytyn Część doświadczalna Praktycznym celem proponowanych w ćwiczeniu eksperymentów jest zapoznanie się z funkcjonowaniem aparatu Soxhleta do ekstrakcji ciągłej ciała stałego odpowiednio dobranym rozpuszczalnikiem. Zaplanowano trzy doświadczenia: 10A wyodrębnianie trimirystyny ze zmielonej gałki muszkatołowej, oczyszczanie tego triglicerydu, a następnie próbę jego hydrolizy. 10B wyodrębnianie piperyny z mielonego pieprzu czarnego, a następnie oczyszczanie i charakterystykę spektroskopową tego alkaloidu; 10C wyodrębnianie betuliny z wysuszonej kory brzozy białej, a następnie oczyszczanie i charakterystykę spektroskopową steroidu; Przed przystąpieniem do wykonywania ćwiczenia należy zapoznać się z zasadą działania aparatu Soxhleta oraz z innymi technikami ekstrakcji ciągłej (w szczególności ekstrakcji cieczy cieczą), na przykład na podstawie podręcznika A. I. Vogel Preparatyka organiczna lub skryptu A. Czarny et al. Wprowadzenie do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii organicznej. W materiał roślinny (z wyjątkiem kory brzozy) należy zaopatrzyć się we własnym zakresie. UDA-PKL /09-00

8 10A) TRIMIRYSTYA Celem ćwiczenia 10A jest wyodrębnienie tłuszczu występującego w gałce muszkatołowej. Przyprawę tę otrzymuje się z wysuszonych nasion (pestek) z owoców tropikalnego drzewa zwanego muszkatołowcem korzennym (Myristica fragrans, fot. 1, 2). Światowa produkcja gałki muszkatołowej przekracza 10 tys. ton rocznie, przy czym głównymi eksporterami tego produktu są Indonezja i Grenada. Gałka muszkatołowa jest używana i ceniona jako przyprawa spożywcza o delikatnym smaku. Fot. 1, 2. Muszkatołowiec korzenny i jego rozpołowiony owoc. Jednym ze składników występujących w gałce muszkatołowej w znacznych ilościach jest tłuszcz trimirystyna. Jest to trigliceryd nietypowy - mimo iż jest tłuszczem pochodzenia roślinnego, to w temperaturze pokojowej jest stałą, krystaliczną substancją. Ponadto, w odróżnieniu od zdecydowanej większości naturalnych triglicerydów, jest estrem glicerolu i tylko jednego kwasu tłuszczowego! Inne lipidy występują w gałce muszkatołowej tylko w niewielkich ilościach, możliwa jest więc efektywna izolacja trimirystyny we względnie czystej postaci. Trimirystyna znalazła zastosowanie w kosmetyce i przemyśle spożywczym jako domieszka do masła kakaowego, a ponadto wykorzystuje się ją sporadycznie jako smar przemysłowy. mawiając związki występujące w owocach muszkatołowca należy wspomnieć jeszcze o jednym ze składników występującym w olejkach eterycznych gałki muszkatołowej mirystycynie. Związek jest odpowiedzialny za działanie insektycydowe preparatów na bazie gałki muszkatołowej, lecz jednocześnie może być mirystycyna niebezpieczny dla istot wyższych w przypadku spożycia powoduje zaburzenia UDA-PKL /09-00

9 świadomości, omdlenia lub długotrwałą senność i zmęczenie w wyniku silnego obniżenia ciśnienia krwi. Efekty te mogą trwać nawet kilka dni! iepożądane działanie mirystycyny objawia się po spożyciu gałki w znacznie większej ilości niż zazwyczaj stosuje się w kuchni, jednak powinno się unikać podawania potraw zawierających tę przyprawę małym dzieciom oraz zwierzętom domowym, które mogą mieć znacznie niższy od człowieka próg tolerancji na mirystycynę. dczynniki: gałka muszkatołowa ok. 10 g (rozdrobniona bezpośrednio przed zajęciami) aceton cz. 5.0 cm 3 chlorek metylenu 180 cm 3 UWAGA: Chlorek metylenu jest podejrzewany o działanie rakotwórcze (w przypadku stałej ekspozycji na wysokie stężenia) - wszystkie operacje należy wykonywać pod sprawnie działającym wyciągiem! dważoną porcję gałki muszkatołowej (ok. 10 g) dokładnie uciera się w moździerzu i umieszcza w gilzie aparatu Soxhleta (o poj. 100 cm 3 ), zatykając górny otwór kłębkiem waty. Aparat Soxhleta wraz z chłodnicą mocuje się w szyjce kolby o poj. 250 cm 3, zawierającej 180 cm 3 chlorku metylenu. Ekstrakcję prowadzi się przez ok. 1,5 godziny (min cykli ekstrakcyjnych). Po ostudzeniu roztwór zawarty w kolbie należy zagęścić na wyparce rotacyjnej. Pozostały po odparowaniu żółtawy olej, w którym niewyczuwalny jest już zapach chlorku metylenu, rozpuszcza się na ciepło w kilku cm 3 czystego acetonu i przenosi się przy pomocy pipetki Pasteura z kolbki okrągłodennej do szklanej fiolki zamykanej korkiem plastikowym. Fiolkę wraz z zawartością chłodzi się intensywnie w lodzie lub zostawia w zamrażalniku. Wydzielony praktycznie bezbarwny osad odsącza się na lejku Büchnera i przemywa 1-2 cm 3 zimnego acetonu, a następnie pozostawia do wysuszenia na powietrzu (nie wolno pod lampą!) i mierzy jego temperaturę topnienia. Czysty tłuszcz topi się w temperaturze C, ale nie należy oczekiwać, aby jednorazowa krystalizacja produktu ekstrakcji z materiału roślinnego dała związek o czystości analitycznej. Wysuszoną na powietrzu pozostałość zmielonej gałki należy zważyć w celu wyliczenia bilansu masowego wykonanej ekstrakcji. UDA-PKL /09-00

10 HYDRLIZA GLICERYDU dczynniki: trimirystyna 0,30 g wodorotlenek sodu 2,40 g manganian(vii) potasu kilka miligramów kwas chlorowodorowy stęż. 24 cm 3 etanol 10 cm 3 W kolbce okrągłodennej o poj. 50 cm 3 umieszcza się wodorotlenek sodu oraz 10 cm 3 wody, 10 cm 3 etanolu. Po rozpuszczeniu się ah należy dodać trimirystynę. Zawartość kolby ogrzewa się do łagodnego wrzenia przez 1 godzinę, a po ochłodzeniu wylewa do l0 cm 3 wody. Jeżeli uzyskana mieszanina nie jest klarowna, to należy ją przesączyć przez sączek karbowany. astępnie dodaje się porcjami kwas chlorowodorowy, chłodząc równocześnie kolbkę ze zobojętnianym roztworem w wodzie z lodem. W trakcie zobojętniania wydziela się kwas tłuszczowy, początkowo w formie zawiesiny, a po pewnym czasie bezbarwnych kryształków. trzymany związek odsącza się na. małym lejku Büchnera, przemywa 5 cm 3 zimnej wody i suszy na powietrzu. a podstawie porównania temperatury topnienia otrzymanego związku z wartościami tablicowymi 3 dla kwasów tłuszczowych oraz na podstawie wyników reakcji próbki związku z roztworem manganianu(vii) potasu należy ustalić jednoznacznie strukturę triglicerydu występującego w gałce muszkatołowej. Zadanie dodatkowe: drobinę kwasu umieścić w probówce z kilkoma cm 3 wody. astępnie dodać kilka kropli 10 % r-ru ah i silnie wstrząsnąć probówką. Co można zaobserwować? Jakie są przyczyny tego zjawiska? 3 Można wykorzystać tablice na końcu książki R. Walczyna, J. Sokołowski, G. Kupryszewski Analiza związków organicznych UDA-PKL /09-00

11 10B) PIPERYA Celem eksperymentu 10B jest wyodrębnienie z ziaren czarnego pieprzu (Piper nigrum) i oczyszczenie jednego z pierwszych otrzymanych w czystej postaci alkaloidów. 4 Sąsiadująca z tekstem rycina przedstawia tytułową stronę artykułu, w którym Hans Christian Ørstedt opisał swoje prace nad wyodrębnieniem z pieprzu nowego alkaloidu roślinnego, proponując jednocześnie jego nazwę piperyna (Jahrbuch der Chemie und Physik 29, (1820)). Dokładną strukturę piperyny określono dopiero 80 lat później (Rys. 4). Piperyna jest alkaloidem występującym w ziarnach pieprzu w największej ilości (ok. 3 6 % wagowych suchej masy) i odpowiada za jego ostry smak. Działanie fizjologiczne piperyny sprowadza się głównie do zwiększenia wydzielania soków trawiennych oraz przyspieszenia wchłaniania pokarmu przez zwiększenie ukrwienia ścian jelit, jednak ostatnie badania sugerują, że alkaloid ten może być też użyteczny w kosmetyce, gdyż stymuluje pigmentację skóry. prócz piperyny z pieprzu można wyodrębnić w mniejszych ilościach inne amidy będące pochodnymi piperydyny, np. piperetynę, piperaninę, czy też diastereoizomer piperyny o konfiguracji (2Z, 4Z) podstawników przy wiązaniach podwójnych, zwany chawicyną. piperyna piperetyna piperanina Rys. 4. Przykłady alkaloidów występujących w ziarnach pieprzu czarnego. 4 Przyjmuje się, że pierwszym alkaloidem otrzymanym w czystej, krystalicznej postaci była morfina (Bernard Courtois, 1804 r.) UDA-PKL /09-00

12 Warto zauważyć, że z łacińskiej nazwy pieprzu (piper) wywodzi się szereg nazw zwyczajowych związków chemicznych. Hydroliza piperyny prowadzi do powstania lotnej, zasadowej substancji, nazwanej piperydyną oraz kwasu, nazwanego piperynowym, który w wyniku ozonolizy ulega rozszczepieniu tworząc aromatyczny aldehyd, znany pod nazwą piperonal dczynniki: zmielone ziarna pieprzu czarnego ok. 25 g etanol ok. 170 cm 3 wodorotlenek potasu ok. 2,0 g eter naftowy 40-60, aceton cz. do krystalizacji. Zmielone ziarna pieprzu umieszcza się w gilzie aparatu Soxhleta (o poj. 100 cm 3 ), zatykając górny otwór kłębkiem waty. Aparat Soxhleta wraz z chłodnicą mocuje się w szyjce kolby o poj. 250 cm 3, zawierającej ok. 150 cm 3 etanolu. Ekstrakcję prowadzi się ok. 1,5 godziny (6-8 cykli ekstrakcyjnych). Po ostudzeniu roztwór sączy się przez sączek fałdowany lub, jeśli jest klarowny, od razu zagęszcza na wyparce rotacyjnej, utrzymując temperaturę łaźni wodnej poniżej 60 o C. Pozostały po odparowaniu ciemny olej rozciera się z roztworem 2 g KH w 20 cm 3 etanolu. ierozpuszczoną pozostałość oddziela się przez dekantację lub sącząc przez mały lejek ze spiekiem. Klarowny roztwór oziębia się w łaźni lodowej i dodaje do niego dużą ilość wody (np. 100 cm 3 ) w celu wytrącenia piperyny. a tym etapie kolbę z roztworem najlepiej zostawić do następnych zajęć, aby osad wydzielającej się piperyny zestarzał się, ułatwiając jego odsączenie. Surowy produkt odsącza się na lejku ze spiekiem, suszy, a następnie krystalizuje z małej objętości mieszaniny aceton:heksan 5 (optymalny stosunek to ok. 3:2). Po zważeniu należy zmierzyć temperaturę topnienia oczyszczonego produktu oraz zarejestrować jego widmo IR (ATR), 13 C oraz 1 H MR (CDCl 3 ). Można dokonać analizy chromatograficznej (TLC) uzyskanego produktu. Wzorzec chromatograficzny piperyny dostępny jest na każdej sali dydaktycznej, w postaci silnie rozcieńczonego roztworu piperyny. Warunki chromatografii należy dobrać samemu. 5 Zamiast heksanu można użyć eteru naftowego UDA-PKL /09-00

13 10C) BETULIA Celem ćwiczenia 10C jest wyizolowanie z kory brzozy brodawkowatej (Betula pendula) triterpenoidu zwanego betuliną (Rys. 5). Związek ten wywodzi się od węglowodoru zwanego lupanem i razem z innymi jego pochodnymi (np. lupeolem) wchodzi w skład zewnętrznej (białej) warstwy kory brzozy. Zawartość betuliny w tej warstwie kory jest znacząco duża i może dochodzić do 30%. Struktura terpenoidów zawierających szkielet lupanu bardzo przypomina grupę związków zwaną steroidami, które występują powszechnie w komórkach roślin, zwierząt i grzybów, pełniąc bardzo zróżnicowane funkcje biologiczne. Rola jaką pełni betulina w korze brzozy nie jest jednak znana. Brzoza jest cenionym drzewem nie tylko ze względów estetycznych. Stosowanie brzozy w medycynie ludowej ma bardzo długą tradycję (np. w chorobach skóry oraz dróg moczowych). Jako surowiec leczniczy wykorzystuje się korę, liście oraz sok. Betulina jest stosowana w leczeniu trądziku a badania kliniczne wskazują, że związek ten oraz inne pochodne lupanu (np. lupeol, kwas betulinowy) wykazują u ludzi znaczną aktywność przeciwnowotworową wobec różnych typów nowotworów. Fot. 3 Brzoza brodawkowata H CH H H H lupan lupeol betulina kwas betulinowy Rys. 5 Lupan i wywodzące się od niego terpenoidy zawarte w korze brzozy brodawkowatej UDA-PKL /09-00

14 dczynniki: wysuszona kora brzozy białej 5-10 g chloroform ok. 200 cm 3 etanol do krystalizacji odczynnik cerowo-molibdenowy do wywoływania chromatogramów Suchą korę brzozy należy pociąć na bardzo małe kawałki i umieścić jej dokładnie odważoną ilość w gilzie aparatu Soxhleta (o poj. 100 cm 3 ). Aparat Soxhleta wraz z chłodnicą zamocować w szyjce kolby o poj. 250 cm 3, zawierającej ok. 150 cm 3 chloroformu. Ekstrakcję należy prowadzić przez 1 godzinę. W czasie trwania ekstrakcji należy przygotować zestaw do przeprowadzenia tzw. chromatografii flash. Sposób jej przeprowadzenia może być różny, a metodę wykonania należy skonsultować z prowadzącym zajęcia. Proponowany sposób przygotowania zestawu jest następujący: W szyjce kolby stożkowej z tubusem bocznym (o pojemności większej niż objętość ekstraktu) umieścić wąski, cylindryczny lejek ze spiekiem szklanym. Lejek wypełnić żelem krzemionkowym (ok. 15 g żelu) a na wierzch położyć krążek bibuły filtracyjnej. Po zakończeniu ekstrakcji jeszcze ciepły roztwór chloroformowy przesączyć grawitacyjnie przez przygotowany żel krzemionkowy. Jeśli obserwuje się wytrącanie kryształów z ekstraktu, należy ogrzewać sączony roztwór na płaszczu grzejnym. astępnie przemyć żel niewielką ilością czystego, ciepłego chloroformu. Po przemyciu, podciśnieniowo usunąć rozpuszczalnik z żelu. trzymany roztwór przenieść do uprzednio zważonej kolby kulistej i odparować całkowicie na wyparce rotacyjnej. Zważyć kolbę ponownie, w celu określenia ilości uzyskanego surowego produktu. astępnie poddać produkt krystalizacji z etanolu. Ilość etanolu do krystalizacji należy dobrać tak, by pierwsze kryształy pojawiły się po dość długim czasie (po co najmniej kilku minutach). Wydzielony produkt odsączyć na lejku Hirsha, wysuszyć i zważyć. Uzyskany produkt jest mieszaniną kilku substancji z przewagą betuliny. W dalszej części doświadczenia należy dokonać próby rozdziału tych substancji metodą chromatografii kolumnowej. Przed przystąpieniem do wykonania chromatografii kolumnowej należy wykonać chromatogram dla uzyskanego preparatu metodą TLC i skonsultować z prowadzącym ćwiczenie decyzję o podjęciu (lub nie) próby jego rozdziału tą metodą. UDA-PKL /09-00

15 Chromatografia TLC Chromatogram wykonać na płytce pokrytej żelem krzemionkowym. Jako eluentu użyć mieszaniny chloroform-aceton 10:1. Chromatogram wywołać za pomocą odczynnika Hanessiana (należy skonsultować z prowadzącym ćwiczenie sposób wykonania tej czynności). dczynnik Hanessiana powinien być dostępny w gotowej formie, jeśli jednak nie jest, można go przygotować samemu (wykonanie należy prowadzić pod nadzorem prowadzącego ćwiczenie). dczynnik Hanessiana (cerowo-molibdenowy) dczynnik ten należy przygotować jedynie wtedy gdy nie jest on dostępny w gotowej formie. dczynnik należy przechowywać w miejscu zaciemnionym. W kolbie miarowej o pojemności 100 ml rozpuścić w wodzie destylowanej 1g siarczanu(vi) ceru(iv) Ce(S 4 ) 2 4H 2 oraz 5g molibdenianu amonu (H 4 )Mo H 2. Dodać 10 ml stężonego kwasu siarkowego i całość dopełnić do objętości 100 ml wodą destylowaną. Zawartość kolby dokładnie wymieszać. Chromatografia kolumnowa Przed wykonaniem chromatografii kolumnowej należy skonsultować z prowadzacym ćwiczenie rozmiar kolumny i ilość próbki która będzie poddawana rozdziałowi. Wszelkie dalsze czynności (przygotowanie kolumny, nanoszenie próbki, zbieranie frakcji, wycinanie płytek do TLC w celu monitorowania zawartości eluatu) należy wykonywać pod nadzorem prowadzącego ćwiczenie i konsultować w razie jakichkolwiek wątpliwości. Przygotować kolumnę (Si 2 /CHCl 3 ). Próbkę rozpuścić w chloroformie. Jako eluentu użyć mieszaniny chloroform-aceton 20:1. Zawartość eluatu monitorować za pomocą TLC, korzystając z odczynnika Hanessiana do wizualizacji chromatogramu. Przy wymywaniu ostatniej z widocznych na chromatogramie substancji można zwiększyć polarność eluentu (chloroform-aceton 10:1). Dokonać pomiaru skręcalności optycznej i temperatury topnienia dla wyizolowanych produktów, wykonać widma IR. UDA-PKL /09-00

16 Pytania 10A: 1. Ile różnych struktur (uwzględniając enancjomery!) można zaproponować dla triglicerydu, który w wyniku hydrolizy daje, obok gliceryny, dwa różne kwasy tłuszczowe (np. stearynowy i palmitynowy)? Podaj ich wzory i nazwy. 2. Scharakteryzuj zwięźle jedną z grup lipidów, które nie zostały opisane w instrukcji. 10B: 3. Zaplanuj syntezę piperyny stosując jako jedyne źródło atomów węgla benzo-1,3-dioksol oraz dowolne związki organiczne zawierające nie więcej niż 5 atomów węgla. 4. Przedstaw zwięzłą charakterystykę trzech innych, nieopisanych w tej instrukcji alkaloidów. 10C: 5. Wizualizacja chromatogramów TLC substancji organicznych bardzo często wykonywana jest z zastosowaniem światła ultrafioletowego. W tym doświadczeniu nie jest to możliwe, stąd użycie odczynnika cerowo-molibdenowego. Wyjaśnij dlaczego. 6. Podaj przykłady terpenów innych niż wymienione w instrukcji, należących do grupy mono-, seskwi-, tri- i tetraterpenów oraz źródła naturalne ich występowania. Wyjaśnij terminologię terpenów zawartą w tym pytaniu. 10A,BC: 7. Dokonaj pełnej interpretacji widm IR i MR zarejestrowanych dla wyodrębnionych produktów. Co można powiedzieć na ich podstawie o czystości tych związków? 8. Aparat Soxhleta stosowany jest nie tylko w preparatyce, ale również w analizie chemicznej. pisz krótko jedno z możliwych analitycznych zastosowań tego ekstraktora. Literatura 1) A. Kołodziejczyk aturalne związki organiczne PW Warszawa ) J. McMurry Chemia organiczna PW Warszawa UDA-PKL /09-00

17 WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku Trimirystyna (Trimirystynian glicerolu) (synonimy) numer CAS charakterystyka ciało stałe, tt. = 56 C zwroty R zwroty S znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia ie znajduje się na wykazie substancji niebezpiecznych. Przeprowadzone badania wskazują na brak zagrożeń dla zdrowia człowieka. inne informacje, uwagi WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku (synonimy) Aceton (Propan-2-on, Keton dimetylowy) numer CAS charakterystyka ciecz, tw. = 56 C, d = 0,79 g/cm 3 zwroty R R: zwroty S S: Produkt wysoce łatwo palny. Działa drażniąco na oczy. Powtarzające się narażenie może powodować wysuszanie lub pękanie skóry. Pary mogą wywoływać uczucie senności i zawroty głowy. Przechowywać pojemnik w pomieszczeniu dobrze wentylowanym. ie przechowywać w pobliżu źródeł zapłonu nie palić tytoniu. ie wdychać pary rozpylonej cieczy. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia Kontakt z mieszaniną nitrującą lub stęż. kwasem azotowym(v) może spowodować wybuch. F Xi inne informacje, uwagi Praca wyłącznie pod sprawnym wyciągiem. Przenosić i przechowywać w szczelnie zamknietych pojemnikach. UDA-PKL /09-00

18 WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku (synonimy) Chlorek metylenu (Dichlorometan) numer CAS charakterystyka ciecz, tw. = 40 C, d = 1,32 g/cm 3 zwroty R R: 40 zwroty S S: 23-24/25-36/37 graniczone dowody działania rakotwórczego. ie wdychać par ani rozpylonej cieczy. Unikać zanieczyszczenia skóry i oczu. osić odpowiednią odzież ochronną i odpowiednie rękawice ochronne. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia Substancja rakotwórcza kategorii 3 (istnieją przesłanki wskazujące na możliwość działania rakotwórczego). Xn inne informacje, uwagi Związek bardzo lotny - przenosić i przechowywać w szczelnie zamkniętych naczyniach. Pracować pod sprawnym wyciągiem. WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku (synonimy) Kwas chlorowodorowy stężony (35%) (Kwas solny stężony) numer CAS charakterystyka ciecz, tw. = 85 C, d = 1,17 g/cm 3 zwroty R R: zwroty S S: Powoduje oparzenia. Działa drażniąco na drogi oddechowe. Zanieczyszczone oczy przemyć natychmiast dużą ilością wody i zasięgnąć porady lekarza. W przypadku awarii lub jeżeli źle się poczujesz, niezwłocznie zasięgnij porady lekarza - jeżeli to możliwe, pokaż etykietę. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia Pary niezwykle drażniące i duszące. Powodują korozję metali. C inne informacje, uwagi Praca wyłącznie pod sprawnym wyciągiem w rękawicach ochronnych. Przenosić i przechowywać wyłącznie w zamkniętych naczyniach. Rozlany kwas należy niezwłocznie zneutralizować np. wodorowęglanem sodu, a następnie powierzchnię zmyć wodą i wytrzeć do sucha. UDA-PKL /09-00

19 WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku Etanol (Alkohol etylowy) o stęż. 95 % (synonimy) Etanol skażony eterem dietylowym (Anodyna) numer CAS charakterystyka ciecz, tw. = 78 C, d = 0,789 g/cm 3 zwroty R R: 11 Produkt wysoce łatwo palny. Anodyna dodatkowo: R: 22-36/37/38 Działa szkodliwie po połknięciu. Działa drażniąco na oczy, drogi oddechowe i skórę. zwroty S S: 7-16 Przechowywać pojemnik szczelnie zamknięty. ie przechowywać w pobliżu źródeł zapłonu - nie palić tytoniu. Anodyna dodatkowo: S: 26 Zanieczyszczone oczy przemyć natychmiast dużą ilością wody i zasięgnąć porady lekarza. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia inne informacje, uwagi F Anodyna dodatkowo: Etanol skażony (anodyna) nie nadaje się do spożycia! Xn WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku Wodorotlenek sodu (synonimy) (Soda kaustyczna) numer CAS charakterystyka ciało stałe, tt. = 324 C zwroty R R: 35 Powoduje poważne oparzenia. zwroty S S: 26-36/37/39-45 Zanieczyszczone oczy przemyć natychmiast dużą ilością wody i zasięgnąć porady lekarza. osić odpowiednią odzież ochronną, odpowiednie rękawice ochronne i okulary lub ochronę twarzy. W przypadku awarii lub jeżeli źle się poczujesz, niezwłocznie zasięgnij porady lekarza - jeżeli to możliwe, pokaż etykietę. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia awet krótkotrwały kontakt ze skórą może spowodować poważne oparzenia. inne informacje, uwagi C Związek silnie higroskopijny szybko pochłania wilgoć i dwutlenek węgla z powietrza. Stały wodorotlenek sodu należy przenosić i przechowywać wyłącznie w szczelnie zamkniętych naczyniach. Rozsypany stały wodorotlenek sodu lub jego roztwór należy natychmiast zebrać i zneutralizować, powierzchnię zmyć wodą i wytrzeć do sucha. UDA-PKL /09-00

20 WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku Wodorotlenek potasu (synonimy) numer CAS charakterystyka ciało stałe, tt. = 360 C zwroty R R: Działa szkodliwie po połknięciu. Powoduje poważne oparzenia. zwroty S S: 26-36/37/39-45 Zanieczyszczone oczy przemyć natychmiast dużą ilością wody i zasięgnąć porady lekarza. osić odpowiednią odzież ochronną, odpowiednie rękawice ochronne i okulary lub ochronę twarzy. W przypadku awarii lub jeżeli źle się poczujesz, niezwłocznie zasięgnij porady lekarza - jeżeli to możliwe, pokaż etykietę. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia awet krótkotrwały kontakt ze skórą może spowodować poważne oparzenia. inne informacje, uwagi C Xn Związek silnie higroskopijny szybko pochłania wilgoć i dwutlenek węgla z powietrza. Stały wodorotlenek potasu należy przenosić i przechowywać wyłącznie w szczelnie zamkniętych naczyniach. Rozsypany stały wodorotlenek potasu lub jego roztwór należy natychmiast zebrać i zneutralizować, powierzchnię zmyć wodą i wytrzeć do sucha. WYCIĄG Z KARTY CHARAKTERYSTYKI SUBSTACJI IEBEZPIECZEJ nazwa związku Eter naftowy (Benzyna lekka) (synonimy) numer CAS charakterystyka ciecz (mieszanina węglowodorów nasyconych), tw. = C, d = 0,64 0,67g/cm 3 zwroty R R: 11-52/ Produkt wysoce łatwo palny. Działa szkodliwie na organizmy wodne; może powodować długo utrzymujące się niekorzystne zmiany w środowisku wodnym. Działa szkodliwie; może powodować uszkodzenie płuc w przypadku połknięcia. Pary mogą wywoływać uczucie senności i zawroty głowy. zwroty S S: Przechowywać pojemnik w miejscu dobrze wentylowanym. ie przechowywać w pobliżu źródeł zapłonu - nie palić tytoniu. ie wdychać pary. Unikać zanieczyszczenia skóry. ie wprowadzać do kanalizacji. Zastosować środki ostrożności zapobiegające wyładowaniom elektrostatycznym. W razie połknięcia nie wywoływać wymiotów: niezwłocznie zasięgnąć porady lekarza i pokazać opakowanie lub etykietę. znaki ostrzegawcze / inne zagrożenia Badania na zwierzętach sugerują że może działać upośledzająco na płodność. inne informacje, uwagi F+ Xn Praca wyłącznie pod wyciągiem w pomieszczeniu do pracy z materiałami łatwopalnymi. Przenosić i przechowywać wyłącznie w zamkniętych naczyniach. UDA-PKL /09-00