Используя мытье под давлением горячей водой (PHWE) для изучения химии натуральных продуктов в бакалавриат лаборатории
Summary
Здесь мы используем метод экстракции (PHWE) под давлением горячей водой, который использует неизмененном бытовые эспрессо ввести студентов к химии натуральных продуктов в лаборатории. Представлены два эксперимента: PHWE эвгенол и ацетилэвгенол из гвоздики и PHWE seselin и (+)-epoxysuberosin от Австралии завода reflexa Корреа.
Abstract
Метод экстракции (PHWE) недавно разработанных под давлением горячей водой, который использует неизмененном бытовые эспрессо-машина для облегчения исследований природных продуктов также нашли приложений как инструмент эффективного обучения. В частности этот метод был использован представить второй и третий год магистрантов аспекты химии натуральных продуктов в лаборатории. В настоящем докладе, представлены два эксперимента: PHWE эвгенол и ацетилэвгенол из гвоздики и PHWE seselin и (+)-epoxysuberosin от видов эндемичных растений Австралии reflexa Корреа. Используя PHWE в этих экспериментах, сырой Гвоздичного экстракта, обогащенный эвгенол и ацетилэвгенол, было получено в 4-9% w/w от зубчика второй год студенты и seselin и (+)-epoxysuberosin были изолированы в урожайности до 1,1% w/w и 0,9% w/w от C. reflexa студентов третьего курса. Бывший упражнения был разработан как замена для эксперимента традиционной паровой дистилляции, обеспечивая введение в методы извлечения и разделения, в то время как Последняя активность популярные методы преподавания гидом запрос в попытке имитировать натуральные продукты биопоиском. Это главным образом вытекает из быстрый характер этой PHWE техники по сравнению с традиционной добычи методы, часто несовместимые с нехваткой времени, связанные с бакалавра лабораторных экспериментов. Этот быстрый и практический метод PHWE может использоваться эффективно изолировать различные классы органических молекул из целого ряда видов растений. Ранее также было продемонстрировано взаимодополняющий характер этого метода по сравнению с более традиционными методами.
Introduction
Изоляции и идентификации натуральных продуктов имеют основополагающее значение для научных кругов и общества в целом. 1 биоразведки, Поиск ценные органические молекулы, найденные в природе, остается необходимым процессом в открытие новых наркотиков приводит и потенциальных терапевтических агентов. Предполагается, что, начиная с 1981 года-2014, ~ 75% всех утвержденных малые молекулы фармацевтических препаратов натуральных продуктов, естественный продукт производные или природного продукта вдохновил. 1 Кроме того, натуральные продукты имеют огромное разнообразие структурной и химической. По этой причине они также представляют собой ценные химические строительные леса, которые могут непосредственно использоваться в органическом синтезе или в развитии хиральных лигандов и катализаторов. 2 , 3
Традиционно относительно времени трудоемких процедур, таких как мацерации, добыча Soxhlet и паровой дистилляции были основой исследования сосредоточены на изоляции вторичных метаболитов из растений. 4 более современные методы добычи, включая ускоренного жидкостной экстракции, были сосредоточены на сокращении добычи раз и создание зеленее протоколов. 4 , 5 в 2015 году, было сообщено оригинальный метод экстракции (PHWE) под давлением горячей водой. 6 этот метод работает неизмененном бытовые эспрессо-машина для облегчения быстрого и особенно эффективной добычи шикимовой кислоты из аниса. Эспрессо машины специально разработаны и спроектированы для извлечения органических молекул из надлежащим образом молотый кофе-бобы. Для достижения этого, эти инструменты тепла, воды при температурах до 96 ° C и давление обычно 9 бар. 7 с этим в виду, это возможно не удивительно, что эспрессо машины могут быть использованы для эффективного извлечения натуральных продуктов из ряда растительного материала.
Последующие исследования, с участием различных видов наземных растений продемонстрировали способность этой техники PHWE эффективно извлекать натуральных продуктов по широкому кругу относительно широкой полярности. 6 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 Кроме того, соединения, содержащие несколько важных функциональных групп, таких как альдегиды, Эпоксиды, гликозиды и потенциально epimerizable stereogenic центры были обычно не зависит от процесса извлечения. Была также продемонстрирована взаимодополняющий характер этого метода по сравнению с более традиционными методами. 12 , 16 это PHWE метод также был нанят изолировать несколько грамм количества натуральных продуктов, которые были использованы для подготовки производные Роман натуральный продукт и синтез сложных молекул в целом. 8 , 11 , 17
Было определено, что этот новый метод PHWE может служить полезным учебного пособия, которые могут быть включены в бакалавриат лаборатории. Это главным образом вытекает из быстрый характер этого метода по сравнению с традиционной добычи методы, которые зачастую несовместимы с нехваткой времени, связанные с бакалавра лабораторных экспериментов. Следовательно этот метод вытеснили традиционные бакалавра химии лабораторный эксперимент, сосредоточена на извлечение эвгенол из гвоздики, используя перегонки с водяным паром в Университет Тасмании. 9 , 18 с того времени, вариации этого эксперимента были приняты другие университеты и изменение эксперимент с упором на PHWE гвоздика теперь функции в программе лаборатории бакалавра химии в Университете Сиднея (смотри ниже ).
Для того чтобы продемонстрировать практичность и целесообразность применения этого нового подхода PHWE для целей обучения, два протоколы представлены в рамках этого исследования. Первая часть настоящего доклада освещаются эксперимент по PHWE эвгенол и ацетилэвгенол из гвоздики, которая является частью программы второй год студенты лаборатории в Университете Сиднея (рис. 1). Этот эксперимент служит познакомить студентов с натуральных продуктов химии при разработке основных практических навыков. Вторая часть имеет эксперимент по PHWE видов эндемичных растений Австралии reflexa Корреа , который является частью программы третьего года обучения лаборатории на Университет Тасмании (рис. 2). Этот эксперимент предназначен для имитации натуральных продуктов биопоиск и укрепить основные лабораторные методы. 11
Protocol
Representative Results
Discussion
Классическая процедура изоляции эвгенол из гвоздики путем перегонки с водяным паром десятилетиями является частью программы Лаборатории промежуточных химии в Университете Сиднея, но была модернизирована нанимать PHWE методологии в 2016 (рис. 1). 9 , <sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают школа естественных наук – химия, Университет Тасмании и школа химии, Университет Сиднея для финансовой поддержки. B.J.D. и J.J. поблагодарить правительства Австралии для исследования учебные программы стипендий.
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).
