Uniwersytet w Białymstoku Wydział Biologiczno-Chemiczny CHEMIA PRODUKTÓW NATURALNYCH. Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych

Transkrypt

1 Uniwersytet w Białymstoku Wydział Biologiczno-Chemiczny CHEMIA PRODUKTÓW NATURALNYCH Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych Białystok 2015

2 Celem zajęć jest poznanie podstawowych metod izolacji, wydzielania oraz identyfikacji (metodami chemicznymi i spektroskopowymi) związków chemicznych z materiałów roślinnych. WYKAZ ĆWICZEŃ: 1. (S)-(+)-Karwon z nasion kminku 2. Mentol oraz (R)-(-)-karwon z mięty ogrodowej 3. Izolacja trimirystyny z gałki muszkatołowej 3.1. Kwas mirystynowy z trimirystyny 3.2. Otrzymywanie mirystynianu etylu z kwasu mirystynowego 4. Kwas cytrynowy z cytryny 5. Piperyna z czarnego pieprzu 6. Eugenol i acetyloeugenol z goździków 6.1. Synteza benzoesanu eugenolu 7. Izolacja kofeiny 7.1. Synteza salicylanu kofeiny 8. Teobromina z kakao 9. Izolacja laktozy z mleka 9.1. Otrzymywanie galaktozy z laktozy 10. Izolacja lecytyn z żółtka jaja kurzego 11. Synteza estru zapachowego LITERATURA: 1. Aleksander Kołodziejczyk Naturalne związki organiczne, PWN, Krystyna Dzierzbicka, Dariusz Witt Chemia Organicznych Związków Naturalnych, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Jacek Gawroński, Krystyna Gawrońska, Karol Kacprzak, Marcin Kwit Współczesna synteza organiczna PWN, A. I. Vogel Preparatyka organiczna wyd. III, WNT Praca zbiorowa pod redakcją Piotra Kowalskiego Laboratorium chemii organicznej, techniki pracy i przepisy bhp, WNT, T. Onami, H. Kanazawa, A Simple Method for Isolation of Caffeine from Black Tea Leaves, J.Chem.Edu., 1996, 73 (6),

3 Ćwiczenie nr 1. (S)-(+)-Karwon z nasion kminku Materiały Nasiona kminku (30 g) Chloroform Eter dietylowy Chlorek sodu Siarczan sodu bezw. Heksan Octan Etylu Etanol Wanilina (wywoływacz) Roztwór KMnO 4 w acetonie Odczynnik 2,4-dinitrofenylohydrazynowy Cylinder miarowy 150 ml Kolba okrągłodenna 250 ml Kolba okrągłodenna dwuszyjna 250 ml Chłodnica destylacyjna z nasadką Kolba stożkowa 250 ml i 100 ml Kolba okrągłodenna 50 ml (2 szt.) Rozdzielacz 250 ml Wkraplacz Lejek szklany (2 szt.) Kolba stożkowa 50 ml (4 szt.) Pipeta Pasteura, smoczek silikonowy (2 szt.) Probówki (2 szt.) Karwon występuje w dwóch odmianach enancjomerycznych różniących się zapachem: (S)- (+)-karwon ma zapach kminku, a (R)-( )-karwon mięty. Metoda I: Nasiona kminku rozetrzeć w moździerzu (można użyć piasku aby naruszyć ich twardą otoczkę). W kolbie dwuszyjnej o poj. 250 ml umieścić zmielony kminek (10 g) oraz l50 ml wody. Następnie zmontować zestaw do destylacji z parą wodną i przeprowadzić destylację olejku kminkowego. Destylat ( ml) przenieść do rozdzielacza i ekstrahować chloroformem (4 x 20 ml). Połączone ekstrakty organiczne przemyć wodą destylowaną (2 x 20 ml), nasyconym wodnym roztworem NaCl, wodą (1 x 20 ml) i osuszyć nad bezwodnym siarczanem(vi) sodu. Osuszony roztwór przesączyć przez lejek z watą w nóżce do kolby o poj. 250 ml i zatężyć na wyparce próżniowej. Uzyskany roztwór przenieść za pomocą pipety Pasteura do wytarowanej kolby o poj. 50 ml i odparować do sucha pod zmniejszonym ciśnieniem. Uzyskany surowy (S)-(+)-karwon zważyć w celu obliczenia zawartości karwonu w materiale roślinnym.

4 Metoda II: W kolbie stożkowej o poj. 250 ml umieścić odważoną porcję roztartych nasion kminku (około 20 g) i zalać porcją eteru dietylowego, tak, aby cały wsad był zanurzony w rozpuszczalniku. Kolbę zamknąć korkiem i odstawić na 20 minut; zawartość należy, co 5 min. zamieszać i wstrząsnąć. W tym czasie przygotować zestaw do sączenia. Mieszaninę przesączyć przez sączek karbowany do kolby okrągłodennej o poj. 250 ml, kolbę stożkową przemyć eterem i wylać na osad na lejku (przemywanie powtórzyć trzy razy). Przesącz zatężyć na wyparce rotacyjnej. Uzyskaną pozostałość przenieść pipetą Pasteura za pomocą eteru dietylowego do wytarowanej kolby o poj. 50 ml i odparować rozpuszczalnik. Zważyć otrzymany olejek i obliczyć wydajność w stosunku do masy użytego kminku. Wykonać analizę porównawczą TLC (heksan - octan etylu, 8:1, v/v; wywoływacz: wanilina) dla obu olejków oraz wzorca czystego karwonu. Plamka pochodząca od karwonu wykazuje zabarwienie różowe. Dla czystego (S)-(+)-karwonu: zarejestrować widma: IR (ATR), 1 H oraz 13 C NMR (CDCl 3 ) zmierzyć skręcalność właściwą (c=1, EtOH) wykonać reakcje charakterystyczne wykrywania grup funkcyjnych porównać uzyskane dane z literaturowymi Zachowanie się manganianu(vii) potasu w związkach nienasyconych Do ok. 1 ml roztworu badanego olejku w acetonie dodać kroplami roztwór KMnO 4 w acetonie. Po dodaniu każdej porcji roztwór starannie wymieszać i odczekać do zniknięcia różowego zabarwienia pochodzącego od roztworu KMnO 4. Odbarwienie się odczynnika (powyżej dwóch kropli) przy jednoczesnym wytrącaniu się tlenku manganu(iv) wskazuje na nienasycony charakter związku. Ilość odbarwionego roztworu oraz szybkość jego odbarwiania zależy od ilości wiązań wielokrotnych w cząsteczce badanego związku. Ketony - Próba z 2,4-dinitrofenylohydrazyną Do 2-3 kropli badanej substancji dodać 2-3 ml odczynnika 2,4-dinitrofenylohydrazynowego. Mieszaninę energicznie wstrząsnąć. Jeżeli osad nie powstanie od razu lub w ciągu 10 min. w temperaturze pokojowej, to mieszaninę można delikatnie ogrzać. Pojawienie się osadu żółtego, pomarańczowego lub ceglastoczerwonego wskazuje na obecność grupy karbonylowej.

5 Ćwiczenie nr 2. Mentol oraz (R)-(-)-karwon z mięty ogrodowej Odczynniki Mięta pieprzowa (30 g) Chlorek metylenu Chloroform Heksan Octan etylu Metanol Siarczan sodu bezw. Wanilina (roztwór w stęż. H 2 SO 4 /EtOH) Roztwór kwasu fosforomolibdenowego Cylinder miarowy 150 ml Kolba okrągłodenna 250 ml Kolba okrągłodenna dwuszyjna 250 ml Chłodnica destylacyjna z nasadką Kolba stożkowa 250 ml i 100 ml Kolba okrągłodenna 50 ml (3 szt.) Rozdzielacz 250 ml Wkraplacz Lejek szklany (2 szt.) Kolba stożkowa 50 ml (4 szt.) Pipeta Pasteura, smoczek silikonowy (2 szt.) Metoda I: W kolbie dwuszyjnej o poj. 250 ml umieścić 15 g mięty oraz 150 ml wody. Następnie zmontować zestaw do destylacji z parą wodną i przeprowadzić destylację olejku. Uzyskany destylat ( ml) przenieść do rozdzielacza i ekstrahować chlorkiem metylenu (4 x 20 ml), przemyć wodą destylowaną (1 x 20 ml). Połączone ekstrakty organiczne osuszyć nad bezw. siarczanem(vi) sodu, przesączyć przez lejek z watą w nóżce do kolby o poj. 250 ml i zatężyć na wyparce do objętości ok. 10 ml. Uzyskany roztwór przenieść pipetą Pasteura do mniejszej wytarowanej kolby i odparować rozpuszczalnik. Po zważeniu olejek przenieść do mniejszej fiolki i obliczyć zawartość w stosunku do masy użytego surowca. Dla uzyskanej mieszaniny (-)-karwonu oraz (±)-mentolu wykonać analizę za pomocą chromatografii cienkowarstwowej. Metoda II: Do kolby stożkowej o poj. 250 ml wsypać odważoną porcję zmielonej mięty (ok. 15 g) i całość zalać chloroformem, tak aby cały wsad był zanurzony w rozpuszczalniku. Mieszaninę wymieszać dokładnie i odstawić na 30 min. Co jakiś czas (np. co 5 min.)

6 zawartość należy zamieszać oraz wstrząsnąć energicznie. Mieszaninę przesączyć do kolby okrągłodennej o poj. 250 ml, kolbę stożkową przemyć chloroformem i wylać na osad na lejku, przemywając go ponownie chloroformem. Klarowny przesącz zatężyć pod zmniejszonym ciśnieniem na wyparce do objętości 5-10 ml. Uzyskany roztwór przenieść pipetą Pasteura do wytarowanej kolby o poj. 50 ml i odparować rozpuszczalnik. Osad natomiast przenieść do kolby stożkowej o poj. 250 ml i ponownie zalać czystym chloroformem. Pozostawić na dodatkowe 30 min. Całą operację powtórzyć. Po zważeniu oba olejki przenieść do mniejszych fiolek i obliczyć zawartość w stosunku do masy liści. Przeprowadzić analizę porównawczą TLC dla wszystkich wydzielonych olejków. Dla porównania należy użyć wzorców czystych substancji: (S)-(+)-karwonu oraz (-)-mentolu. W sprawozdaniu porównać wykorzystane metody izolacji karwonu i mentolu z mięty ogrodowej. Chromatografia cienkowarstwowa (TLC) a) wykrywanie mentolu Eluent: heksan-metanol-chloroform (8:2:2, v/v/v). Wywoływacz: roztwór kwasu fosforomolibdenowego (10 g kwasu rozpuścić w 50 ml etanolu). Plamka pochodząca od mentolu wykazuje niebieskie zabarwienie. b) wykrywanie karwonu Eluent: heksan-octan etylu (8:1, v/v). Po wysuszeniu płytkę zanurzyć w roztworze waniliny. Nasyconą roztworem płytkę ogrzewać kilka minut w temp. 100 C. Plamka pochodząca od karwonu wykazuje zabarwienie różowe.

7 Ćwiczenie nr 3. Izolacja trimirystyny z gałki muszkatołowej Materiały Gałka muszkatołowa (30 g) Eter dietylowy Chlorek metylenu Aceton Heksan Octan etylu Kolba okrągłodenna 250 ml (2 szt.) Chłodnica zwrotna Aparat Soxhleta Lejek szklany (2 szt.) Zlewka Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem Pipeta Pasteura, smoczek silikonowy (2 szt.) Metoda I: W kolbie okrągłodennej o poj. 250 ml umieścić zmieloną gałkę muszkatołową (15 g) oraz 100 ml eteru dietylowego. Całość ogrzewać łagodnie do wrzenia pod chłodnicą zwrotną przez 1 godz. Następnie kolbę ochłodzić, ekstrakt odsączyć od nierozpuszczalnych pozostałości, eter odparować pod zmniejszonym ciśnieniem na wyparce obrotowej, a pozostałość krystalizować z acetonu. Osad odsączyć na lejku Büchnera i wysuszyć na powietrzu. Metoda II: W gilzie aparatu Soxhleta umieścić odważoną porcję zmielonej gałki muszkatołowej (15 g), zatykając górny otwór kłębkiem waty. Aparat Soxhleta wraz z chłodnicą zamontować w szyjce kolby o poj. 250 ml, zawierającej 180 ml chlorku metylenu. Ekstrakcję prowadzić przez ok. 1.5 godziny. Po ostudzeniu roztwór zawarty w kolbie należy zatężyć na wyparce rotacyjnej. Pozostały po odparowaniu żółtawy olej rozpuścić na ciepło w niewielkiej objętości czystego acetonu i przenieść pipetą Pasteura z kolbki okrągłodennej do małej zlewki, którą należy intensywnie ochłodzić w lodzie lub wstawić do zamrażalnika. Wydzielony osad odsączyć na lejku Büchnera, przemyć niewielką ilością zimnego acetonu i pozostawić do wysuszenia na powietrzu.

8 Uzyskane próbki trimirystyny zważyć w celu obliczenia zawartości w stosunku do ilości użytej gałki muszkatołowej. Dla czystego związku należy: wykonać analizę TLC (heksan - octan etylu, 7:1) zmierzyć temperaturę topnienia (lit. t.t ºC) zarejestrować widma: IR (KBr), 1 H oraz 13 C NMR (CDCl 3 ) uzyskane wyniki porównać z danymi literaturowymi W sprawozdaniu porównać efektywność zastosowanych metod izolacji Kwas mirystynowy z trimirystyny Materiały Trimirystyna (3 g) Etanol Wodorotlenek sodu Kwas solny stęż. Kolba okrągłodenna 250 ml i 50 ml Chłodnica zwrotna Zlewka 200 ml Cylinder miarowy Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem Bagietka szklana, łopatka W kolbie kulistej o poj. 250 ml umieścić 3 g trimirystyny oraz 50 ml etanolu. Następnie dodać 70 ml roztworu zawierającego 0.75 g NaOH w mieszaninie woda-etanol (9:1, v/v). Otrzymaną mieszaninę ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną przez 2.5 godziny. Po ochłodzeniu uzyskane mydło przenieść łopatką do mieszaniny pokruszonego lodu z wodą, zawierającej stężony kwas solny (kilka mililitrów). Po wykrystalizowaniu kwas mirystynowy odsączyć na lejku Büchnera i wysuszyć na powietrzu. Wydajność około 95% (lit. t.t. 55 ºC). Zarejestrować widmo IR (KBr), 1 H oraz 13 C NMR (CDCl 3 ). Sprawdzić czystość uzyskanego produktu za pomocą TLC.

9 3.2. Otrzymywanie mirystynianu etylu z kwasu mirystynowego Materiały Kwas mirystynowy Etanol bezw. Eter dietylowy Kwas siarkowy (VI) stęż. Roztwór nas. NaCl Roztwór nas. Na 2 CO 3 Siarczan sodu bezw. Chlorek wapnia Kolba okrągłodenna 25 ml Chłodnica zwrotna Rurka na środek suszący Rozdzielacz Lejek szklany Kolba stożkowa 50 ml (3 szt.) Zestaw do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem Do roztworu 0.9 g kwasu mirystynowego w 2.0 ml bezw. etanolu umieszczonego w kolbie kulistej o poj. 25 ml dodać 0.2 ml stężonego kwasu siarkowego(vi). Całość ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną zabezpieczoną przed dostępem wilgoci przez 4 godziny. Po ochłodzeniu oddestylować nadmiar alkoholu, pozostałość przenieść do rozdzielacza zawierającego wodę (6-10 ml) i ekstrahować eterem dietylowym (3 x 5 ml). Połączone ekstrakty organiczne przemyć węglanem sodu, a następnie nasyconym roztworem chlorku sodu i wysuszyć nad bezw. siarczanem(vi) sodu. Po odsączeniu środka suszącego eter odparować na wyparce, a pozostałość przedestylować pod zmniejszonym ciśnieniem, zbierając mirystynian etylu wrzący w temperaturze ºC/12 mmhg. Wydajność około 95% (lit. t.t ºC). Sprawdzić czystość uzyskanego produktu za pomocą TLC. Wykonać analizę widm: IR (KBr), 1 H oraz 13 C NMR (CDCl 3 ).

10 Ćwiczenie nr 4. Kwas cytrynowy z cytryny Materiały 3 cytryny 10% roztwór NaOH 10% roztwór CaCl 2 2M roztwór NaOH 2M roztwór HCl 2M roztwór H 2 SO 4 Cylinder miarowy (2 szt.) Kolby miarowe (4 szt.) Zlewka 250 ml (2 szt.) Zlewka 100 ml (1 szt) Bagietka szklana Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem W zlewce o poj. 250 ml umieścić 100 ml soku z 3 cytryn (bez pestek i miąższu, masa znana). Do umieszczonego na mieszadle magnetycznym roztworu należy dodać ostrożnie 10% roztwór NaOH do ph = 8 (zmiana zabarwienia z żółtej na lekko pomarańczową). Uzyskaną mieszaninę odsączyć na lejku Büchnera. Klarowny przesącz przelać do zlewki i dodawać, cały czas mieszając na mieszadle magnetycznym, 50 ml 10% roztworu CaCl 2. Roztwór ogrzać do wrzenia na płaszczu grzejnym i odsączyć na gorąco na lejku Büchnera. Osad cytrynianu wapnia przemyć niewielką ilością wrzącej wody. Surowy produkt rozpuścić na zimno w 2 M HCl, następnie do roztworu dodać 2M NaOH do ph = 7.5 i całość ogrzać do wrzenia. Wydzielony osad odsączyć na lejku Büchnera, przemyć wodą i pozostawić do wysuszenia na powietrzu. Suchy cytrynian wapnia zważyć i wykorzystać w kolejnym etapie. Otrzymywanie kwasu cytrynowego z cytrynianu wapnia przeprowadza się w reakcji z kwasem siarkowym(vi), w której powstaje łatwy do oddzielenia nierozpuszczalny siarczan wapnia. Do odważonej ilości cytrynianu wapnia należy dodać odpowiednią, obliczoną zgodnie z równaniem reakcji, ilość roztworu H 2 SO 4 (2M). Wytrącony osad CaSO 4 odsączyć, natomiast uzyskany przesącz zatężyć przez wygotowanie wody w zlewce do małej objętości. Zatężony ciepły roztwór pozostawić do krystalizacji, a wydzielone kryształy kwasu cytrynowego odsączyć na lejku Büchnera i pozostawić do wysuszenia na powietrzu. Zważyć kwas cytrynowy w celu obliczenia jego zwartość w soku z cytryny.

11 Ćwiczenie nr 5. Piperyna z czarnego pieprzu (metoda I) Materiały Ziarna pieprzu (30 g) Chloroform Chlorek metylenu Etanol Wodorotlenek potasu Eter dietylowy Aceton Cykloheksan Toluen Jod Kolba okrągłodenna 250 ml (2 szt.) Kolba okrągłodenna 100 ml (2 szt.) Chłodnica zwrotna Aparat Soxhleta Lejek szklany Cylinder miarowy Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem Zlewka 100 ml Pipeta Pasteura, smoczek silikonowy (2 szt.) Piperyna pochodna piperydyny, główny alkaloid znajdujący się w wierzchniej warstwie owoców czarnego pieprzu, odpowiedzialny za jego gorzki i ostry smak. Działanie fizjologiczne piperyny polega na zwiększenia wydzielania soków trawiennych oraz przyspieszenia wchłaniania pokarmu przez zwiększenie ukrwienia ścian jelit. W gilzie aparatu Soxhleta umieścić ok. 20 g zmielonego czarnego pieprzu, zatykając górny otwór watą. Aparat Soxhleta wraz z chłodnicą zwrotną zamontować w szyjce kolby okrągłodennej o poj. 250 ml, zawierającej 150 ml chloroformu. Ekstrakcję prowadzić przez co najmniej 1.5 godziny. Po ostudzeniu roztwór przesączyć przez sączek karbowany lub, jeśli jest klarowny, od razu zatężyć na wyparce rotacyjnej, utrzymując temperaturę łaźni wodnej poniżej 60 o C. Do pozostałego po odparowaniu brązowego gęstego oleju dodać 20 ml roztworu 10% KOH w 50% etanolu. Uzyskaną mieszaninę odsączyć na lejku Büchnera Przesącz pozostawić w lodówce na noc. Powstałe kryształy surowej piperyny odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem, przemywając zimną wodą. Kryształy wysuszyć na powietrzu. Można przeprowadzić krystalizację z mieszaniny cykloheksan-toluen (4:1, v/v). Temperatura topnienia czystej piperyny to ºC. Piperynę zważyć w celu obliczenia wydajności procesu.

12 Ćwiczenie nr 5. Piperyna z czarnego pieprzu (metoda II) W kolbie okrągłodennej o poj. 100 ml należy umieścić 10 g czarnego pieprzu w ziarnach oraz 30 ml chlorku metylenu. Całość ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną przez 30 min. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej całość przesączyć, przemywając ziarna 10 ml chlorku metylenu. Następnie ekstrakt zatężyć na wyparce rotacyjnej (niewielką ilość należy pozostawić jako wzorzec do chromatografii). Do pozostałego brązowego oleju chłodzonego w lodzie dodać 10 ml eteru dietylowgo, łagodnie wymieszać, dodać dodatkową porcję eteru i wstawić do lodówki na 20 min. Otrzymany osad odsączyć, przemyć zimnym eterem i wysuszyć na powietrzu. Zważyć piperynę w celu obliczenia wydajności procesu. Surowy produkt można rekrystalizować z jak najmniejszej ilości mieszaniny etanolaceton (1:5, v/v) lub heksan-aceton (2:3, v/v). Dla otrzymanych próbek piperyny (metoda I i II) wykonać analizę porównawczą TLC (aceton-heksan, 3:2, v/v; wywoływacz: jod) oraz zarejestrować widma IR (KBr), 13 C oraz 1 H NMR (CDCl 3 ).

13 Ćwiczenie nr 6. Eugenol i acetyloeugenol z goździków Materiały Goździki (30 g) Chlorek metylenu Heksan Wodorotlenek potasu Kwas solny stęż. Siarczan sodu bezw. Kolba okrągłodenna 500 ml Kolba okrągłodenna 50 ml (2 szt.) Chłodnica destylacyjna z nasadką Cylinder miarowy 100 ml Kolba stożkowa 250 ml (2 szt.) Kolba stożkowa 100 ml (3 szt.) Rozdzielacz 250 ml, lejek szklany Pipeta Pasteura, smoczek silikonowy (2 szt.) W kolbie destylacyjnej o poj. 500 ml umieścić 30 g dokładnie roztartych w moździerzu goździków oraz 150 ml wody. Następnie zmontować zestaw do destylacji z parą wodną i przeprowadzić destylację, zbierając destylat do kolby stożkowej. Uzyskany destylat (150 ml) przenieść do rozdzielacza i ekstrahować chlorkiem metylenu (3 x 30 ml). Kilka kropel połączonych ekstraktów należy pozostawić do analizy TLC. W celu oddzielenia eugenolu od acetyloeugenolu połączone warstwy organiczne należy przemyć 5% roztworem NaOH (3 x 30 ml). Połączone ekstrakty organiczne zawierające głównie acetyloeugenol, wysuszyć nad bezwodnym siarczanem(vi) sodu, przesączyć i oddestylować rozpuszczalnik. Kilka kropel połączonych ekstraktów pozostawić w celu wykonania TLC. Zasadowe ekstrakty wodne po zakwaszeniu kwasem solnym do ph = 1, ekstrahować chlorkiem metylenu (3 x 30 ml). Połączone ekstrakty organiczne wysuszyć nad bezw. siarczanem(vi) sodu, przesączyć i oddestylować rozpuszczalnik. Kilka kropel połączonych ekstraktów pozostawić do analizy TLC. Uzyskany acetyloeugenol oraz eugenol należy zważyć w celu obliczenia ich zawartości w materiale roślinnym. Analiza TLC: układ rozwijający dichlorometan-heksan (3:4, v/v). Na płytkę nanosimy kroplę pierwotnego ekstraktu, ekstraktu eugenolu oraz acetyloeugenolu. Po rozwinięciu płytki, dokładnie ją suszymy i wywołujemy jodem. Dla czystych produktów zarejestrować widma IR, 13 C oraz 1 H NMR (CDCl 3 ). Uzyskane wyniki porównać z danymi literaturowymi.

14 Ćwiczenie nr 6.1. Synteza benzoesanu eugenolu Odczynniki Eugenol Roztwór NaOH 1M Chlorek benzoilu Metanol Probówka Strzykawka 5 ml (2 szt.) Igła (2 szt.) Pipeta Pasteura (2 szt) Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem W suchej, wytarowanej próbówce należy odważyć 0.24 g eugenolu. Następnie dodać 1.5 ml wody, 1.5 ml 1M roztworu NaOH (roztwór może być mętny) oraz 0.11 ml chlorku benzoilu (należy unikać nadmiaru chlorku benzoilu). Całość, starannie wymieszać, a następnie ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej przez około 10 min. Po zakończeniu reakcji mieszaninę należy ochłodzić w łaźni lodowej. Bezpostaciowy benzoesan eugenolu odsączyć lub zdekantować wodę znad wydzielonej stałej substancji oleistej. Jeśli masa będzie się upłynniać, należy mieszaninę ponownie schłodzić w wodzie z lodem. Surowy benzoesan eugenolu rozpuść na gorąco w minimalnej ilości metanolu. Następnie pozostawić do krystalizacji (można pocierać wewnętrzne ściany probówki bagietką lub ochłodzić w łaźni lodowej). W przypadku trudności z wypadaniem kryształów należy odparować nadmiar metanolu i ponownie ochłodzić. Wydzielone kryształy benzoesanu eugenolu odsączyć na lejku Büchnera, przemywając osad niewielką ilością zimnej wody, a następnie małą ilością roztworu woda-metanol (1:1, v:v). Po wysuszeniu zważyć czysty benzoesan eugenolu. Dla otrzymanego produktu należy wykonać analizę TLC (porównać z wzorcem substratu), zmierzyć temperaturę topnienia (lit C) oraz zarejestrować widma: IR (KBr), 13 C oraz 1 H NMR (CDCl 3 ).

15 Ćwiczenie nr 7. Izolacja kofeiny Odczynniki Zmielona kawa (35 g) Herbata czarna liściasta (30 g) Chlorek metylenu Toluen Aceton, Eter naftowy 2-popanol, Heksan, Etanol Tlenek magnezu Węglan wapnia Siarczan sodu bezw. Kwas siarkowy (VI) stęż. 5% roztwór NaOH Kolba okrągłodenna 500 ml i 250 ml Kolba okrągłodenna 50 ml (2 szt.) Chłodnica zwrotna Cylinder miarowy 150 ml Rozdzielacz 500 ml Lejek szklany Zlewka szklana 400 ml Kolba stożkowa 100 ml (2 szt.) Zestaw do sączenia po zmniejszonym ciśnieniem Zestaw do sublimacji Kofeina jest alkaloidem purynowym, występującym w surowcach roślinnych takich jak: kawa, herbata, kakao, guarana. Kofeina zaliczana jest do środków stymulujących, działa pobudzająco na ośrodkowy układ nerwowy. Metoda I: Izolacja kofeiny z nasion kawy. W kolbie okragłodennej o poj. 500 ml należy umieścić 35 g zmielonej kawy, 10 g węglanu wapnia oraz 150 ml wody. Całość dokładnie wymieszać. Następnie kolbę z zawiesiną ogrzewać do wrzeniu pod chłodnicą zwrotną przez 20 min., sporadycznie mieszając. Wodny roztwór kofeiny przesączyć na gorąco, pod zmniejszonym ciśnieniem na lejku Buchnera. Po przesączeniu całości roztworu pozostały na lejku osad przemyć wrzącą woda (2 x 25 ml). Po ostygnięciu do temperatury pokojowej, przesącz przenieść do rozdzielacza o poj. 500 ml i ekstrahować chlorkiem metylenu (3 x 40 ml). Połączone ekstrakty organiczne osuszyć na bezw. siarczanem(vi) sodu i przesączyć przez sączek karbowany do kolby o poj. 250 ml. Po zatężeniu na wyparce obrotowej do objętości ok. 10 ml przenieść do zważonej kolby o poj. 50 ml i odparować rozpuszczalnik. Suchą pozostałość rozpuścić na gorąco (pod chłodnicą zwrotną) w jak najmniejszej ilości wrzącego toluenu (lub acetonu). Następnie przez chłodnicę dodać ostrożnie eter naftowy (frakcja C), tak by przy wrzącym roztworze powstało lekkie trwałe zmętnienie. Po ostygnięciu roztwór wstawić do lodówki. Wydzielone kryształy

16 odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem na małym lejku Büchnera, przemywając zimnym eterem naftowym. Metoda II: Izolacja kofeiny z liści herbaty. Herbatę liściastą (30 g) rozetrzeć w moździerzu z MgO (15 g). Następnie przenieść do zlewki o poj. 400 ml i zalać wodą (220 ml). Ogrzewać do wrzenia, przez min., ciągle mieszając. Odczekać aż opadną fusy i odsączyć ciecz pod zmniejszonym ciśnieniem. Klarowny przesącz zakwasić roztworem 2.0 M H 2 SO 4, do ph = 2 i zatężyć do 1/3 objętości. Po ochłodzeniu przenieść do rozdzielacza i ekstrahować chlorkiem metylenu (3 x 10 ml). Połączone warstwy organiczne przemyć 5% roztworem NaOH (10 ml), wodą, wysuszyć nad bezw. Na 2 SO 4 i przesączyć przez sączek karbowany. Odparować rozpuszczalnik pod zmniejszonym ciśnieniem. Do surowej kofeiny dodać 10 ml mieszaniny etanol-woda (1:3, v/v) i pozostawić do krystalizacji. Alternatywna metoda krystalizacji polega na rozpuszczeniu kofeiny we wrzącym 2-propanolu i wytrąceniu jej, po ostygnięciu roztworu do temperatury pokojowej taką samą objętością heksanu. Odsączone kryształy należy przemyć na lejku mieszaniną heksan-eter dietylowy (1:1, v/v). Surowy produkt można oczyścić również za pomocą sublimacji pod normalnym ciśnieniem. Po wysuszeniu i zważeniu należy zmierzyć temperaturę topnienia czystej kofeiny (lit. t.t C) oraz zarejestrować widma: IR (KBr), 13 C oraz 1 H NMR (CDCl 3 ); wykonać analizę TLC Synteza salicylanu kofeiny Materiały Kofeina (200 mg) Kwas salicylowy (148 mg) Toluen Eter naftowy (frakcja C) Kolb okrągłodenna o poj. 50 ml Chłodnica zwrotna Mały zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem Naczynka wagowe (2 szt.) W kolbie o poj. 50 ml należy umieścić 200 mg kofeiny i 148 mg kwasu salicylowego, a następnie dodać 10 ml toluenu. Ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną do całkowitego rozpuszczenia. Po oziębieniu osad salicylanu kofeiny należy odsączyć i pozostawić do wysuszenia na powietrzu (lit. t.t C). Można wykonać rekrystalizację z wykorzystaniem eteru naftowego.

17 Ćwiczenie nr 8. Teobromina z kakao Teobromina jest alkaloidem purynowym znajdującym się w ziarnach kakao. Dzięki zawartości teobrominy (1.5-2%) i kofeiny ( %) kakao działa pobudzająco na układ oddechowy i naczyniowo-ruchowy. Odczynniki Kakao (10 g) Tlenek magnezu (3 g) Metanol Chloroform Eter dietylowy lub naftowy Zlewka 100 ml Cylinder miarowy Kolba okrągłodenna 250 ml (2 szt.) Chłodnica zwrotna Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem W zlewce o poj. 100 ml należy umieścić 10 g kakao oraz 3 g tlenku magnezu. Po wymieszaniu dodać 20 ml wody i 10 ml metanolu. Ogrzewać na płaszczu grzejnym przez min. cały czas mieszając. Otrzymaną suchą pozostałość przenieść za pomocą chloroformu do kolby okrągłodennej o poj. 250 ml, uzupełnić porcją chloroformu do całkowitej objętości ok. 100 ml. Ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną przez 30 min., następnie przesączyć na gorąco pod zmniejszonym ciśnieniem (przesącz zachować). Osad rozkruszyć, przenieść do kolby, dodać 40 ml chloroformu i powtórzyć cały proces. Roztwory chloroformowe należy połączyć, zlewając do kolby o poj. 250 ml. Całość zatężyć na wyparce obrotowej do objętości około 10 ml (niewielką ilość zachować do analizy TLC). Surowy produkt rozpuścić w małej objętości eteru dietylowego, przenieść do zlewki i pozostawić do krystalizacji. Mikrokrystaliczny osad przesączyć na lejku, przemywając niewielką ilością zimnego eteru. Uzyskaną teobrominę zważyć, obliczyć wydajność procesu izolacji oraz zmierzyć temperaturę topnienia (lit. t.t C). Wykonać analizę widm: IR (KBr), 1 H oraz 13 C NMR (CDCl 3 ). Analiza TLC. Układ: chloroform - metanol (85:15, v/v); Wizualizacja chromatogramu: lampa UV (254 nm), pary jodu, 5% roztwór H 2 SO 4 w metanolu.

18 Ćwiczenie nr 9. Izolacja laktozy z mleka mleko 1. 10% CH 3 COOH 2. CaCO 3 OH CH 2 OH OH O HO HO O O OH CH 2 OH OH Materiały Mleko w proszku (40 g) Węglan wapnia (3.2 g) Kwas octowy 10% Węgiel aktywny Celit Etanol Cylinder Zlewka 300 ml Zlewka 400 ml Zlewka 50 ml Zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem Laktoza (cukier mleczny) disacharyd zbudowany z D-galaktozy połączonej wiązaniem ß- 1,4-glikozydowym z D-glukozą, występujący w mleku ssaków (np.: w mleku krowim ok. 4.5%, w mleku ludzkim ok. 5.5%-7.5%). Ulega rozkładowi na cukry proste pod wpływem laktazy, enzymu znajdującej się w jelicie cienkim. W zlewce o poj. 300 ml należy umieścić 40 g odtłuszczonego mleka w proszku oraz 100 ml cieplej wody, tak żeby otrzymać mieszaninę o temperaturze C, po czym do zawiesiny dodać ciągle mieszając, 20 ml 10% roztworu kwasu octowego. Podczas mieszania zawiesiny następuje koagulacja kazeiny. Kazeinę odsączyć na lejku Buchnera, a przesącz przenieść zlewki, dodać 3.2 g węglanu wapnia i po ogrzaniu do wrzenia mieszać przez 10 minut (roztwór pieni się). Do gorącego roztworu dodać odrobinę węgla aktywnego i przesączyć przez warstwę celitu na lejku Büchnera. Przesącz należy zatężyć przez delikatne odparowanie do objętości około 15 ml, przenieść następnie do małej zlewki, dodać 5 ml etanolu i pozostawić do krystalizacji. Po 24 godz. odsączyć laktozę i przemyć niewielką ilością etanolu. Analiza TLC. Układ rozwijający: benzen - lodowaty kwas octowy - metanol (1:1:3, v/v/v). Reakcja charakterystyczna. Do 1 ml badanego roztworu dodać 1 ml stężonego roztworu amoniaku i 3 krople 3% KOH. Wstawić do wrzącej łaźni wodnej na kilka minut. W czasie ogrzewania roztworu laktozy lub maltozy w obecności KOH powstaje żółte zabarwienie, natomiast w obecności glukozy i galaktozy pojawia się czerwone zabarwienie.

19 9.1. Otrzymywanie D-galaktozy z laktozy. OH CH 2 OH OH O HO HO O O OH CH 2 OH OH H+ HO OH CH 2 OH O OH + OH HO HO CH 2 OH O OH OH OAc CH 2 OAc O AcO OAc OAc Materiały Laktoza (20 g) Kwas siarkowy(vi) stęż. Roztwór nasycony Ca(OH) 2 Roztwór nasycony Ba(OH) 2 lodowaty kwas octowy Węgiel aktywny Kolba okrągłodenna 250 ml (2 szt.) Chłodnica zwrotna Zlewka 100 ml Do kolby okragłodennej o poj. 250 ml, zawierającej 20 g laktozy w 50 ml wody należy dodać 0.6 ml kwasu siarkowego(vi). Następnie ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną przez 2 godziny. Do gorącego roztworu dodać małą porcję węgla aktywnego oraz nasyconego wodnego roztworu wodorotlenku baru do odczynu obojętnego. Do roztworu po ochłodzeniu i przesączeniu wkroplić 0.6 ml lodowatego kwasu octowego i odparować do objętości 15 ml na łaźni wodnej o temperaturze C. Ciepły syrop rozpuścić w 20 ml lodowatego kwasu octowego i pozostawić do krystalizacji na 24 godziny. Otrzymany produkt odsączyć, przemyć kwasem octowym, następnie metanolem i eterem. Otrzymuje się 4-5 g (37-47%) D-galaktozy o t.t. 165 C. TLC w układzie propanol - octan etylu - woda (1:4:2, v/v/v). Wydzieloną D-galaktozę należy osuszyć przez trójkrotne oddestylowanie z 10 ml bezwodnego toluenu. Pozostałość rozpuścić w suchej pirydynie, dodać 7 równ. bezwodnika octowego i mieszać w temperaturze pokojowej. Po 24 godz. pirydynę oddestylować na wyparce a ślady pirydyny usunąć przez oddestylowanie z suchym toluenem. Uzyskany peracetylocukier oczyszcza się metodą chromatografii DFC lub PTLC (TLC w układzie chloroform-octan etylu 3:2, v/v).

20 Ćwiczenie 10. Izolacja lecytyn z żółtka jaja kurzego Żółtko, dokładnie oddzielone od białka, umieścić w zlewce o poj. 100 ml. Mieszając dodać 75 ml mieszaniny etanol-eter dietylowy (2:1, v/v). Odstawić na 10 min. od czasu do czasu mieszając. Mieszaninę przesączyć przez duży sączek karbowany do kolby kulistej o poj. 100 ml. Odparować rozpuszczalnik na wyparce próżniowej (temp. łaźni do 70 o C). Pozostałość rozpuścić w 10 ml eteru dietylowego (niewielką ilość zachować do analizy TLC). Otrzymany roztwór wlać powoli, mieszając, do zlewki o pojemności 100 ml zawierającej 30 ml acetonu. Zlać rozpuszczalnik znad osadu wytrąconych lecytyn (zdekantować). Pozostałość przenieść na krążku bibuły na szalkę Petriego. Scharakteryzować otrzymany produkt (wygląd, barwa). Wykonać analizę TLC (Wywoływacze: lampa UV, pary jodu, 50% roztwór H 2 SO 4 w etanolu, 0,5% roztwór ninhydryny w etanolu, molibdenian amonu). Ćwiczenie 11. Synteza estru zapachowego (estryfikacja Fischera) Kwasy do wyboru: octowy, propionowy, benzoesowy, salicylowy. Alkohole do wyboru: metanol, etanol, izobutanol, alkohol benzylowy, alkohol izoamylowy. W kolbie okrągłodennej o poj. 100 ml umieścić 17 ml lodowatego kwasu octowego, 16.3 ml alkoholu izoamylowego oraz 1 ml stęż. H 2 SO 4. Całość ogrzewać do wrzenia pod chłodnicą zwrotną zabezpieczoną przed dostępem wilgoci przez 3 godziny. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej do mieszaniny dodać 60 ml wody, przenieść do rozdzielacza i energicznie wytrząsnąć. Warstwę organiczną przemyć kolejno wodą, 5% roztworem wodorowęglanu sodu (2 x 25 ml), ponownie wodą i osuszyć nad bezw. siarczanem(vi) sodu. Roztwór oddzielić od środka suszącego, sącząc przez luźny zwitek waty umieszczony w nóżce małego lejka bezpośrednio do kolby okragłodennej o poj. 50 ml. Środek suszący, kolbę stożkową oraz lejek z watką w nóżce można przepłukać niewielką objętością chlorku metylenu w celu ilościowego wymycia produktu. Przeprowadzić destylację frakcyjną surowego produktu, zbierając frakcje wrzącą w zakresie C. Pierwszą frakcję będzie stanowił chlorek metylenu wrzący w temp C. Octan amylu jest bezbarwną cieczą o wyraźnym zapachu bananów. Dla czystego produktu zarejestrować i zanalizować widma: IR, 13 C oraz 1 H NMR (CDCl 3 ).

21 WZÓR SPRAWOZDANIA (data wykonania) (imię i nazwisko) Uniwersytet w Białymstoku Zakład Chemii Produktów Naturalnych 2015 LABORATORIUM Z CHEMII PRODUKTÓW NATURALNYCH 1. Tytuł ćwiczenia: 2. Wzór strukturalny związku (głównego składnika) 3. Występowanie, właściwości biologiczne oraz zastosowanie wydzielanego związku 4. Opis metody izolacji oraz oczyszczania (krótko w punktach, w czasie przeszłym bezosobowo) 5. Schemat aparatury

22 6. Charakterystyka produktu a) opis produktu (stan skupienia, kolor, zapach itd.) b) pomiar temperatury topnienia oraz porównanie z wartością literaturową (dla ciał stałych) c) pomiar skręcalności (porównanie z danymi literaturowymi) d) masa użytego surowca:...[g] masa produktu:... [g] zawartość procentowa produktu w surowcu: literaturowa zawartość procentowa produktu w surowcu: 7. Analiza TLC (adsorbent, układ rozwijający, chromatogram, wywoływacz, współczynniki R f ) 8. Analiza spektroskopowa 1 H i 13 C NMR, IR 9. Wnioski (krótko i zwięźle) 10. Literatura 11. Uwagi prowadzącego Zaliczenie:. Data.. Podpis prowadzącego