העסקת החילוץ בלחץ מים חמים (PHWE) לחקור מוצרים טבעיים כימיה במעבדה לתואר ראשון
Summary
כאן, אנו מעסיקים שיטת החילוץ (PHWE) בלחץ מים חמים, אשר מנצל מכונת אספרסו ביתית שלא שונתה להכיר סטודנטים מוצרים טבעיים כימיה במעבדה. מוצגים שני ניסויים: PHWE של eugenol, acetyleugenol בין שיני PHWE של seselin, (+)-epoxysuberosin מצמח האוסטרלי reflexa קוראה.
Abstract
שיטת החילוץ (PHWE) שפותח לאחרונה בלחץ מים חמים אשר מנצל מכונת אספרסו ביתית שלא שונתה כדי להקל על מוצרים טבעיים המחקר מצא גם יישומים ככלי הוראה יעילה. באופן ספציפי, טכניקה זו שימש להכיר סטודנטים, שלישי-שנה שנייה את ההיבטים של מוצרים טבעיים כימיה במעבדה. בדו ח זה מוצגים שני ניסויים: PHWE של eugenol, acetyleugenol ציפורן, את PHWE של seselin, (+)-epoxysuberosin של מינים אנדמיים צמח אוסטרלי קוראה reflexa. על ידי שימוש PHWE בניסויים אלה, התמצית ציפורן גסה, מועשר eugenol, acetyleugenol, הושג ב- 4-9% w/w של ציפורן על-ידי סטודנטים שנה שנייה, seselin, (+)-epoxysuberosin היו מבודדים של התשואות של עד 1.1% w/w ו- 0.9% w/w מ Reflexa ג על ידי סטודנטים שנה ג’. התרגיל לשעבר פותחה כתחליף עבור הניסוי בזיקוק אדים מסורתי המספק מבוא טכניקות החילוץ והפרדה, בזמן הפעילות האחרון בהשתתפות שיטות הלימוד מונחה-חקירה במטרה לדמות bioprospecting מוצרים טבעיים. זה נובע בעיקר מן הטבע מהירה של טכניקה זו PHWE ביחס שיטות החילוץ המסורתית כי לעיתים קרובות אינם תואמים אילוצי זמן המשויך שמוכר לתואר ראשון. שיטה זו מהירה ומעשית PHWE ניתן לבודד ביעילות קורסים שונים של מולקולות אורגניות מתוך מגוון רחב של מיני צמחים. הטבע משלימים של טכניקה זו ביחס שיטות מסורתיות יותר גם הוכח בעבר.
Introduction
בידוד וזיהוי של מוצרים טבעיים הם חשיבות היסוד מהקהילה המדעית והחברה יותר בדרך כלל. 1 Bioprospecting, החיפוש אחר בעל ערך מולקולות אורגניות בטבע, נשאר תהליך הכרחי על גילוי סמים של הפניות חדשות וכן סוכני טיפולית פוטנציאל. ההערכה היא כי, מ- 1981-2014, ~ 75% של כל מולקולה קטנה שאושרו תרופות היו מוצרים טבעיים, טבעי המוצר-derived והטבעי המוצר בהשראה. 1 יתר על כן, מוצרים טבעיים בעלי הגיוון האדיר מבניים וכימיים. מסיבה זו, הם מייצגים גם יקר פיגומים כימי שיכול לשמש ישירות סינתזה אורגנית או בפיתוח של זרזים של ליגנדים כיראלי. 2 , 3
באופן מסורתי, יחסית אינטנסיבית הליכים כגון השרייה, שאורכה, מיצוי Soxhlet בקיטור היה עמוד התווך של המחקר התמקד בידודו של מטבוליטים משניים מצמחים. 4 טכניקות החילוץ מודרני יותר, כולל חילוץ הממס מואצת, התמקדו הפחתת השאיבה פעמים ומיסוד פרוטוקולים ירוק יותר. 4 , 5 בשנת 2015, בלחץ מים חמים החילוץ (PHWE) שיטה מקורית דווח. 6 טכניקה זו מועסקים מכונת אספרסו ביתית שלא שונתה כדי להקל על החילוץ מהיר ויעיל במיוחד של חומצה shikimic של כוכב האניס. מכונות אספרסו יש כבר באופן ספציפי מעוצבים ומתוכננים לחלץ מולקולות אורגניות כראוי פולי קפה טחון. כדי להשיג את, אלה מכשירים חום מים בטמפרטורות עד 96 ° C ו- לחצים של בר 9 בדרך כלל. 7 . עם זאת, זה אולי לא מפתיע כי מכונות אספרסו יכול להיות מנוצל כדי לחלץ ביעילות מוצרים טבעיים מטווח של חומר צמחי.
מחקרים מאוחרים יותר הכוללים מגוון רחב של מיני צמחים יבשתי הוכיחו את הקיבולת של טכניקה זו PHWE לחלץ ביעילות מוצרים טבעיים על פני מגוון רחב יחסית קוטביות. 6 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 יתר על כן, תרכובות המכילות קבוצות פונקציונליות רגיש במידה מסוימת, כגון aldehydes, epoxides, glycosides פוטנציאל epimerizable stereogenic מרכזי לא הושפעו בדרך כלל על ידי תהליך החילוץ. הטבע משלימים של טכניקה זו ביחס שיטות מסורתיות יותר גם הוכח. 12 , 16 PHWE זו שיטה גם כבר מועסקים לבודד רב גרם כמויות של מוצרים טבעיים, אשר שימשו להכנת מוצר טבעי הרומן נגזרים, סינתזה מולקולה מורכבת באופן כללי יותר. 8 , 11 , 17
זה זוהה כי שיטה PHWE חדשה, יכול להוות כלי שימושי הוראה יכול לשלב במעבדה לתואר ראשון. זה נובע בעיקר מן הטבע מהירה של טכניקה זו ביחס שיטות החילוץ המסורתית לעיתים קרובות אינם תואמים אילוצי זמן המשויך שמוכר לתואר ראשון. כתוצאה מכך, טכניקה זו החליפה את הניסוי מעבדה כימיה לתואר ראשון מסורתי התמקדו החילוץ של eugenol מן ציפורן העסקת בקיטור ב אוניברסיטה של טסמניה. 9 , 18 מאז, וריאציות של ניסוי זה אומצו על ידי אוניברסיטאות אחרות ניסוי ששונה התמקדות PHWE של ציפורן עכשיו התכונות בתוכנית מעבדה כימיה לתואר ראשון ב אוניברסיטת סידני (וידאו אינפרא ).
כדי להדגים את המעשיות ואת הכדאיות של העסקת את הגישה PHWE החדשה הזו לצורכי הוראה, שני פרוטוקולים מוצגים במסגרת מחקר זה. החלק הראשון של דו ח זה מדגיש ניסוי על PHWE של eugenol, acetyleugenol של ציפורן, המהווה חלק של התוכנית שנה שנייה לתואר ראשון מעבדה ב אוניברסיטת סידני (איור 1). ניסוי זה משמש כדי להכיר סטודנטים לכימיה מוצרים טבעיים תוך פיתוח מיומנויות מעשיות היסוד. החלק השני כולל ניסוי על PHWE של מינים אנדמיים צמח אוסטרלי קוראה reflexa המהווה חלק של התוכנית מעבדה שנה שלישית לתואר ראשון באוניברסיטה של טסמניה (איור 2). הניסוי הזה נועד לדמות bioprospecting מוצרים טבעיים ולחזק וטכניקות מעבדה הליבה. 11
Protocol
Representative Results
Discussion
ההליך קלאסית לבידוד eugenol מן ציפורן מאת בקיטור כבר חלק מהתוכנית מעבדה ביניים כימיה ב אוניברסיטת סידני במשך עשרות שנים, אבל היה מודרניזציה להעסיק מתודולוגיה PHWE 2016 (איור 1). 9 , 18 זה מסופק עם הטבות מס. ראשית, ניצול מכונות אספרסו ביתיים בסביבת מעבדה…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים להכיר את בית הספר למדעי הטבע – כימיה, אוניברסיטת של טסמניה ואת הספר לכימיה, אוניברסיטת סידני עבור תמיכה כספית. B.J.D., ג’יי ג’יי תודה הממשלה האוסטרלית על מחקר הכשרה תוכנית מלגות.
Materials
| espresso machines | Breville/Sunbeam | Breville espresso machine model 800ES / Sunbeam EM3820 Café Espresso II | |
| rotary evporators | Buchi and Heidolph | ||
| cloves (plant material) | Dijon Food Pty Ltd | Cloves must be ground in a food processor for students. | |
| Correa reflexa (plant material) | sample obtained in Tasmania | Sample collected from mature shrubs in the Thomas Crawford Reserve at the University of Tasmania | |
| sand | Ajax | 1199 | |
| ethanol | Redoc Chemicals | E95 F3 | |
| hexanes | Ajax | 251 | |
| magnesium sulfate | Ajax | 1548 | |
| diethyl ether | Merck | 1009215000 | |
| silica on aluminium TLC plates | Merck | 1055540001 | |
| eugenol | Merck | 1069620100 | |
| eugenyl acetate | Aldrich | W246905 | |
| acetone | Redox Chemicals | Aceton13 | |
| cyclohexane | ChemSupply | CA019 | |
| silica gel 60 | Trajan | 5134312 | 40 – 63um (230-400mesh) |
| Congo red paper | ChemSupply | IS070-100S | |
| 32% hydrochloric acid | Ajax | 256 |
References
- Newman, D. J., Cragg, G. M. Natural Products as Sources of New Drugs from 1981 to 2014. Journal of Natural Products. 79, 629-661 (2016).
- Barnes, E. C., Kumar, R., Davis, R. A. The use of isolated natural products as scaffolds for the generation of chemically diverse screening libraries for drug discovery. Natural Product Reports. 33, 372-381 (2016).
- DeCorte, B. L. Underexplored Opportunities for Natural Products in Drug Discovery. Journal of Medicinal Chemistry. 59, 9295-9304 (2016).
- Bucar, F., Wube, A., Schmid, M. Natural product isolation – how to get from biological material to pure compounds. Natural Product Reports. 30, 525-545 (2013).
- Sticher, O. Natural product isolation. Natural Product Reports. 25, 517-554 (2008).
- Just, J., Deans, B. J., Olivier, W. J., Paull, B., Bissember, A. C., Smith, J. A. New Method for the Rapid Extraction of Natural Products: Efficient Isolation of Shikimic Acid from Star Anise. Organic Letters. 17, 2428-2430 (2015).
- Caprioli, G., Cortese, M., Cristalli, G., Maggi, F., Odello, L., Ricciutelli, M., Sagratini, G., Sirocchi, V., Tomassoni, G., Vittori, S. Optimization of espresso machine parameters through the analysis of coffee odorants by HS-SPME-GC/MS. Food Chemistry. 135, 1127-1133 (2012).
- Just, J., Jordan, T. B., Paull, B., Bissember, A. C., Smith, J. A. Practical isolation of polygodial from Tasmannia lanceolata: a viable scaffold for synthesis. Organic Biomolecular Chemistry. 13, 11200-11207 (2015).
- Just, J., Bunton, G. L., Deans, B. J., Murray, N. L., Bissember, A. C., Smith, J. A. Extraction of Eugenol from Cloves Using an Unmodified Household Espresso Machine: An Alternative to Traditional Steam Distillation. Journal of Chemical Education. 93, 213-216 (2016).
- Deans, B. J., Bissember, A. C., Smith, J. A. Practical Isolation of Asperuloside from Coprosma quadrifida via Rapid Pressurised Hot Water Extraction. Australian Journal of Chemistry. 69, 1219-1222 (2016).
- Deans, B. J., Just, J., Chetri, J., Burt, L. K., Smith, J. N., Kilah, N. L., de Salas, M., Gueven, N., Bissember, A. C., Smith, J. A. Pressurized Hot Water Extraction as a Viable Bioprospecting Tool: Isolation of Coumarin Natural Products from Previously Unexamined Correa (Rutaceae). ChemistrySelect. 2, 2439-2443 (2017).
- Deans, B. J., Olivier, W. J., Girbino, D., Bissember, A. C., Smith, J. A. Extraction of carboxylic acid-containing diterpenoids from Dodonaea viscosa via pressurised hot water extraction. Fitoterapia. 126, 65-68 (2018).
- Deans, B. J., Kilah, N. L., Jordan, G. J., Bissember, A. C., Smith, J. A. Arbutin Derivatives Isolated from Ancient Proteaceae: Potential Phytochemical Markers Present in Bellendena, Cenarrhenes and Persoonia Genera. Journal of Natural Products. 81, 1241-1251 (2018).
- Deans, B. J., Tedone, L., Bissember, A. C., Smith, J. A. Phytochemical profile of the rare, ancient clone Lomatia tasmanica and comparison to other endemic Tasmanian species L. tinctoria and L. polymorpha. Phytochemistry. 153, 74-78 (2018).
- Deans, B. J., Skierka, B., Karagiannakis, B. W., Vuong, D., Lacey, E., Smith, J. A., Bissember, A. C. Siliquapyranone: a Tannic Acid Tetrahydropyran-2-one Isolated from the Leaves of Carob (Ceratonia siliqua) by Pressurised Hot Water Extraction. Australian Journal of Chemistry. 71, (2018).
- Olivier, W. J., Kilah, N. L., Horne, J., Bissember, A. C., Smith, J. A. ent-Labdane Diterpenoids from Dodonaea viscosa. Journal of Natural Products. 79, 3117-3126 (2016).
- Rihak, K. J., Bissember, A. C., Smith, J. A. Polygodial: A viable natural product scaffold for the rapid synthesis of novel polycyclic pyrrole and pyrrolidine derivatives. Tetrahedron. 74, 1167-1174 (2018).
- Ntamila, M. S., Hassanali, A. Isolation of Oil of Clove and Separation of Eugenol and Acetyl Eugenol. Journal of Chemical Education. 53, 263 (1976).
- Still, W. C., Kahn, M., Mitra, A. Rapid chromatographic technique for preparative separations with moderate resolution. Journal of Organic Chemistry. , 2923-2925 (1978).
