Empregando a extração de água quente sob pressão (PHWE) para explorar a química de produtos naturais no laboratório de graduação
Summary
Aqui, nós empregamos um método de extração (PHWE) de água quente sob pressão, que utiliza uma máquina de espresso domésticas não modificado para introduzir estudantes de química de produtos naturais no laboratório. Dois experimentos são apresentados: PHWE de eugenol e acetyleugenol de cravos e PHWE de seselin e (+)-epoxysuberosin da planta australiana Correa reflexa.
Abstract
Um método de extração (PHWE) recentemente desenvolvidos água quente sob pressão que utiliza uma máquina de espresso doméstica sem modificações para facilitar a pesquisa de produtos naturais também tem encontrado aplicações como instrumento de ensino eficaz. Especificamente, esta técnica tem sido usada para apresentar aspectos da química de produtos naturais no laboratório com estudantes de segundo e terceiro anos. Neste relatório, são apresentados dois experimentos: o PHWE de eugenol e acetyleugenol de dentes e o PHWE de seselin e (+)-epoxysuberosin das espécies de plantas endêmicas de australiano Correa reflexa. Empregando o PHWE nesses experimentos, o extrato bruto de cravo, enriquecido de eugenol e acetyleugenol, obteve-se em 4-9% w/w de cravo por estudantes de segundo ano e seselin e (+)-epoxysuberosin foram isolados em rendimentos de até 1,1% w/w e 0,9% w/w de C. reflexa por alunos do terceiro ano. O exercício anterior foi desenvolvido como um substituto para o experimento de destilação de vapor tradicional fornecendo uma introdução às técnicas de extração e separação, enquanto a última atividade contou com métodos de ensino guiado-inquérito em um esforço para simular Bioprospecção de produtos naturais. Isto principalmente deriva da natureza rápida desta técnica de PHWE em relação a métodos de extração tradicional que muitas vezes são incompatíveis com as restrições de tempo associadas com experimentos de laboratório de graduação. Este método PHWE rápido e prático pode ser usado para isolar eficientemente a várias classes de moléculas orgânicas de uma variedade de espécies de plantas. A natureza complementar desta técnica em relação a métodos mais tradicionais também tem sido demonstrada anteriormente.
Introduction
O isolamento e identificação de produtos naturais são de fundamental importância para a comunidade científica e sociedade em geral. 1 bioprospecção, a busca de valiosas moléculas orgânicas encontradas na natureza, continua a ser um processo indispensável na descoberta de novas drogas de pistas e potenciais agentes terapêuticos. Estima-se que, de 1981-2014, ~ 75% de todos os medicamentos aprovados pequena molécula eram produtos naturais, natural natural ou produto derivado produto inspirado. 1 além disso, produtos naturais possuem enorme diversidade estrutural e química. Por esta razão, eles também representam andaimes químicos valiosos que podem diretamente ser usados em síntese orgânica ou no desenvolvimento de ligantes quirais e catalisadores. 2 , 3
Tradicionalmente, os procedimentos relativamente demorada como destilação a vapor, extração de Soxhlet e maceração são o sustentáculo da investigação centrada-se o isolamento de metabólitos secundários de plantas. 4 mais modernas técnicas de extração, incluindo extração solvente acelerada, concentraram-se na redução de tempos de extração e estabelecer protocolos mais verdes. 4 , 5 em 2015, um método de extração (PHWE) de água quente sob pressão original foi relatado. 6 esta técnica empregada uma máquina de espresso doméstica sem modificações para facilitar a extração particularmente eficiente e rápida de ácido xiquímico de anis estrelado. Máquinas de café expresso foram especificamente concebidas e projetadas para extrair as moléculas orgânicas dos feijões de café chão adequadamente. Para conseguir este, estes instrumentos aquecer a água a temperaturas acima de 96 ° C e a pressões de tipicamente 9 bar. 7 com isto em mente, talvez não é surpreendente que as máquinas de café expresso podem ser utilizadas para extrair eficientemente produtos naturais de uma gama de material vegetal.
Estudos posteriores envolvendo uma variedade de espécies de plantas terrestres têm demonstrado a capacidade desta técnica de PHWE para extrair eficientemente produtos naturais através de uma gama relativamente ampla de polaridade. 6 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 além disso, compostos contendo grupos funcionais um pouco sensíveis, tais como aldeídos, epóxidos, glicosídeos e potencialmente epimerizable estereogênico centros eram normalmente não afetados pelo processo de extração. Também foi demonstrada a natureza complementar desta técnica em relação a métodos mais tradicionais. 12 , 16 método este PHWE também tem sido empregado para isolar quantidades multi gramas de produtos naturais, que têm sido utilizados para preparar derivados de romance produto natural e na síntese da molécula complexa em geral. 8 , 11 , 17
Identificou-se que este novo método PHWE poderia servir como uma ferramenta de ensino úteis que poderia ser incorporada no laboratório de graduação. Isto principalmente deriva da natureza rápida desta técnica em relação os métodos de extração tradicional que muitas vezes são incompatíveis com as restrições de tempo associadas com experimentos de laboratório de graduação. Por conseguinte, esta técnica suplantou o experimento de laboratório de química graduação tradicional focado na extração do eugenol do cravo empregando destilação a vapor para a Universidade da Tasmânia. 9 , 18 desde aquela época, variações desta experiência foram adoptadas por outras universidades e um experimento modificado, focando a PHWE de cravo agora recursos no programa de laboratório de química de graduação na Universidade de Sydney (vide infra ).
Para demonstrar a praticidade e a viabilidade de empregar esta nova abordagem PHWE para fins pedagógicos, dois protocolos são apresentados como parte deste estudo. A primeira parte deste relatório destaca uma experiência sobre a PHWE de eugenol e acetyleugenol de cravo, que faz parte do programa de graduação laboratório segundo ano na Universidade de Sydney (Figura 1). Esta experiência serve para introduzir os alunos à química de produtos naturais durante o desenvolvimento de habilidades práticas fundamentais. A segunda parte apresenta uma experiência sobre a PHWE da espécie endêmica vegetal australiano Correa reflexa , que faz parte do programa de graduação laboratório terceiro ano na Universidade da Tasmânia (Figura 2). Esta experiência é projetada para simular a bioprospecção de produtos naturais e reforçar as técnicas de laboratório do núcleo. 11
Protocol
Representative Results
Discussion
O procedimento clássico para isolar o eugenol do cravo por destilação a vapor tem sido parte do programa de laboratório de química intermediária na Universidade de Sydney há décadas, mas foi modernizado para empregar a metodologia PHWE em 2016 (Figura 1). 9 , 18 isso forneceu um número de benefícios. Em primeiro lugar, utilizar máquinas de café expresso doméstico no ambiente do laboratório imediatamente fascinado e envo…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem a escola de ciências naturais – química, Universidade da Tasmânia e a escola de química, Universidade de Sydney, para apoio financeiro. B.J.D. e J.J. agradecem ao governo australiano para bolsas de programa de formação de pesquisa.
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 |
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