Chiết xuất alcaloid họ Cà

Họ cà là một họ lớn gồm khoảng 1200 cây, có loại dùng để ăn, có loại độc dùng trong kỹ nghệ, có loài dùng làm thuốc. Các loài độc chứa rất nhiều alcaloid ta có thể chia chúng ra thành 3 nhóm chính:

• Nhóm alcaloid không có oxy:

Gồm có 5 alcaloid pyrolidin, nicotelin, anabazin, nicotyrin, nicotin. Nicotin là một alcaloid của nhiều loại thuốc lá, và có tỷ lệ thấp nhất thay đổi từ 0,6-0,8%.

Là một alcaloid lỏng sánh như dầu, độc cho tim và não. Dùng để tổng hợp acid nicotinic chế tạo vitamin PP. Ngoài ra có thể dùng để diệt sâu bọ phá hoại cây cối.

• Nhóm alcaloid có oxy:

Gồm 7 alcaloid: atropin, hyoscyamin, pseudo hyoscyamin, atropamin, benladonin, methelsidin, scopolamin.

Nhóm này rất quan trọng vì có nhiều alcaloid dùng làm thuốc.

Atropin, hyoscyamin, scopolamin là 3 alcaloid quan trọng. Cả 3 alcaloid này đều có khung tropan, atropin và hyoscyamin là este của 1 alcol đặc biệt là tropanol và acid tropic còn scopolamin là este của scopinol và acid tropic.

Trong y học scopolamin dùng ở dạng hydrobromid

• Nhóm alcaloid-glycosid:

Solanin là một alcaloid-glycosid, nó có nhiều tính chất tương tự như saponin. Đem thuỷ phân solanin ta thu được 1 phần alcaloid và 3 phần đường:

C45H73O15N -> C27H43ON + C6H12O6+C6H12O6 + C6H12O5

Solanidin

Solanidin chỉ gặp trong một số cây thuốc loài Solanum cụ thể trong mầm khoai tây, nó khá độc nên khi ăn khoai tây đã mọc mầm phải khoét bỏ hết mầm. Trước đây solanin được sử dụng làm thuốc trừ sâu.

* Lý tính:

Trạng thái: Đều ở trạng thái rắn tại nhiệt độ thường, đều kết tinh được, tất cả đều kết tinh không ngậm nước trừ scopolamin kết tinh với 1 phân tử nước.

Độ tan: ít tan trong nước (scopolamin dễ tan hơn), dễ tan trong cồn và trong cloroform.

Độ chảy: Hyoscyamin 108,50C

Atropin 1150C – 1170C

Scopolamin 590C

Năng suất quay cực: Trừ atropin là racemic còn lại là tả tuyền.

* Hóa tính:

Hóa tính của amin bậc ba: Vì có amin bậc ba nên mang lại tính kiềm cho phân tử, làm đỏ phenolphtalein, làm xanh giấy quỳ và tạo muối với các acid.

Hóa chức của oxy (ester): Có thể thuỷ phân để cho tropanol và acid tropic.

Nếu thuỷ phân ở 1300C với nước, phản ứng yếu, không hoàn toàn. Nếu sử dụng HNO3 đặc, ở nhiệt độ thường thì xảy ra từ từ. Nếu dùng NaOH và đun sôi phản ứng mạnh.

Đồng phân hóa: Hyoscyamin đem đốt trong chân không ở 1100C hoặc hòa tan trong cồn chứa 10% NaOH, hoặc đun sôi với cồn 2-3 ngày với ống sinh hàn ngược thì sẽ biến thành atropin.

Atropin đem hòa tan vào H2SO4 đặc và đổ dung dịch này vào nước thì atropin mất 1 phân tử nước để thành atropamin.

– Atropin và hyoscyamin đều có tác dụng ức chế hệ thần kinh phó giao cảm.

– Làm giãn đồng tử.

– Kháng bài tiết, kìm hãm sự hoạt động của các tuyến nước bọt, mồ hôi, tuyến tụy mật.

– Tăng nhịp tim.

– Giảm co giật, làm tê liệt các cơ trơn.

– Giảm hô hấp.

– Hyoscyamin có tác dụng như atropin nhưng độc hơn, làm giãn đồng tử mạnh hơn. Chúng được dùng trong khoa chữa mắt, đau dạ dày, trợ tim, giảm co giật.

– Hyoscin (scopolamin) có tác dụng an thần mạnh gây ngủ, gây mê.

Muối hydrobromid của nó được dùng phối hợp với morphin (gây ngủ), cloroform gây mê).

Những alcaloid kể trên có trong nhiều loại cây thuộc họ Cà như hyoscyamin có nhiều trong cây hyoscyamus, và trong cây Atropa benladona.

Ngoài ra, còn có trong một số loài Cà khác nhưng với tỷ lệ thấp hơn. Trong lá Atropa benladona có từ 0,2-1,2%, rễ từ 0,45- 0,85%, hoa từ 0,5-0,65% và hạt khoảng 0,8% alcaloid, chủ yếu là hyoscyamin. Trong Atropa benladona hyoscyamin là alcaloid chủ yếu nhưng vì dưới tác dụng của nhiệt dễ biến thành dạng racemic tức là atropin, vì vậy trước đây người ta tưởng thành phần chủ yếu của Atropa benladona là atropin. Atropa benladona mọc nhiều ở Nam Âu, Tây á và Bắc Phi. Được trồng ở nhiều nước như Liên Xô cũ, Anh, Pháp, ấn Độ, ở Việt Nam chưa tìm thấy loài này.

Scopolamin là alcaloid chủ yếu của cây Cà độc dược (Datura metel) với tỷ lệ khoảng 0,24%. Trong Datura metel ngoài scopolamin còn có một ít hyoscyamin. Loài cây này mọc hoang ở Việt Nam, Lào, Campuchia. Ngoài ra còn có ở Trung Quốc, ấn Độ, Malaysia…

Nhân dân ta thường dùng lá khô thái nhỏ hút hay xông để chữa hen.

Trong kháng chiến Cà độc dược đã hoàn toàn thay thế cho Atropa benladona thấy kết quả tốt.

Dạng dùng: Cồn thuốc 1/10 (người lớn 0,5-3 g, trẻ em 0,1 g)

Sirô có 50g cồn trong 1 lít (10-60 g cho người lớn, trẻ em mỗi tuổi 2 g).

• Chiết hyoscyamin:

Rễ benladon được tán thành bột, đem chiết ngược dòng trong 4 bình. Mỗi bình 450 kg bột và khoảng 1000 lít methanol, sau 2 giờ rút dịch chiết ra.

Cất thu hồi methanol: dịch chiết rút ra được cất thu hồi methanol đến còn 1/5 thể tích thu được dạng cao lỏng.

Tinh chế: Cứ 200 kg cao cho thêm vào 200 kg diclomethan 400 lít nước và 1,5 lít HCl đặc, khuấy mạnh trong 80 phút cho alcaloid chuyển sang dạng hydroclorid tan trong nước. Chuyển hỗn hợp dung dịch hydroclorid alcaloid và diclomethan vào thiết bị phân ly. Để yên 1 đêm diclomethan sẽ lắng xuống, mang theo một số tạp chất và chất màu.

Gạn lấy pha nước. Cứ 200 kg dung dịch cho 200 kg diclomethan và 2 lít amoniac mở máy khuấy 15 phút. Để phân lớp, gạn lấy pha dung môi hữu cơ.

Chuyển dạng muối-base nhiều lần, sau đó pha dung môi hữu cơ được cất thu hồi dung môi. Dịch cô đậm đặc để ở nhiệt độ phòng 24 giờ hyoscyamin sẽ kết tinh, lọc thu được hyoscyamin thô.

• Sản xuất hyoscyamin sulfat:

Hyoscyamin thô hòa tan trong methanol khan ở nhiệt độ phòng và lọc qua than hoạt ở lạnh.

Dung dịch này được làm lạnh đến -50C và trung hòa với một dung dịch lạnh H2SO4trong methanol.

Điều chỉnh pH dung dịch bằng H2SO4 (thử bằng giấy quỳ).

Dung dịch trung tính được xử lý với than hoạt ở lạnh và bốc hơi dưới chân không tại nhiệt độ thấp. Hyoscyamin sulfat sẽ kết tinh từ cặn sau khi thêm vào aceton và để yên. Nếu nguyên liệu tách ra giống như dầu, thêm vào 1 ít methanol thì kết tinh thực hiện dễ dàng hơn. Kết tinh lại nếu thấy cần thiết hoặc xử lý với than hoạt trong dung dịch methanol ở lạnh (dung dịch 10%) như trên.

• Sản xuất atropin:

Tinh chế: Hoà tan hyoscyamin thô trong methanol thành dung dịch 10%, thêm vào đó 1-2% than hoạt, đun sôi, lọc rửa than bằng 1 lượng nhỏ methanol nóng. Dung dịch thu được dùng để racemic hóa thành atropin.

Racemic hóa: Dung dịch trên được đun sôi có sinh hàn ngược với 1-2% (trọng lượng) phenol trong 36 giờ, thử hoạt tính quang học xem hyoscyamin đã chuyển hết thành atropin chưa, nếu chưa hết thì phải làm thêm 1 thời gian nữa (cách thử: lấy khoảng 2 g alcaloid lắc kỹ với dung dịch 50 ml HCl 1N, lọc qua than hoạt, thử hoạt tính quang học phải không có, nếu có tức là racemic hoá chưa tốt). Phải chú ý rằng nguyên liệu thô ở đây chỉ có khoảng 75% hyoscyamin.

Dung dịch nóng atropin lại được xử lý với than hoạt. Dịch lọc được bốc hơi dưới áp suất giảm (62,5 mmHg) cho đến khi thu được dung dịch đậm đặc sánh như sirô, thêm vào dung dịch đậm đặc này khi nó còn nóng đồng lượng thể tích aceton, atropin sẽ kết tinh lọc lấy tinh thể, rửa tinh thể bằng aceton để loại hết chất màu. Tải ra khay và sấy.

Atropin này dùng làm nguyên liệu điều chế atropin sulfat chưa đạt atropin tinh khiết hóa học.

• Tinh chế chuyển dạng atropin sulfat: 12 kg atropin thô được hòa tan trong 50 lít methanol khan, lọc nóng với 82g than hoạt, rửa than bằng 4 lít methanol nóng.

Dịch lọc để yên trong bình thép không gỉ dung tích 100 lít. Dung dịch này được làm lạnh bằng nước đá và muối hay dung dịch nước muối từ tủ lạnh (chú ý tránh làm bắn nước muối vào dung dịch atropin) và khuấy tốt bằng que

khuấy thủy tinh hoặc thép không gỉ. Duy trì nhiệt độ ở -50C.

• Điều chế dung dịch H2SO4:

Dung dịch này phải được điều chế trước khi dùng khoảng 12 giờ, tốt nhất là dự trữ ở gần điểm đông đặc. Phương pháp điều chế dung dịch này như sau:

Nhỏ từ từ 1050 ml H2SO4 đặc vào 8-9 lít methanol đã để lạnh và khuấy cẩn thận. Phải duy trì dung dịch tại nhiệt độ đó.

• Tạo muối atropin sulfat:

Nhỏ từ từ dung dịch H2SO4 này vào trong dung dịch atropin cho đến khi hỗn hợp phản ứng chuyển giấy quỳ xanh sang màu hồng nhẹ là được.

Tiếp tục khuấy dung dịch trong 80 phút. Phải duy trì nhiệt độ phản ứng tại -50C (mất khoảng 6 giờ).

• Kết tinh atropin sulfat:

Dung dịch atropin sulfat được xử lý với 80 g than hoạt ở nhiệt độ 50-600C và lọc. Dung dịch lọc đem bốc hơi ở áp suất thường đến khi còn 1/2 thể tích.

Sau đó bốc hơi tại áp suất giảm đến độ sirô, thêm vào 800 ml methanol và khuấy. Sau đó thêm vào 5 lít aceton và khuấy đều. Atropin sulfat kết tinh.

Làm lạnh trong nhiều giờ. Lọc, bánh lọc được rửa kỹ với aceton cho đến khi hết màu. Tải ra khay và sấy.

Atropin thu được như vậy thường trắng; không có tác dụng quang học và có điểm chảy đúng.

• Chiết xuất scopolamin từ Datura metel (phần chiết được thực hiện như mục chiết hyoscyamin).

Một số tác giả khuyên nên dùng Na2CO3 hay NaHCO3 để kiềm hóa trước, như vậy có thể loại trừ được sự phá hủy liên kết oxy trong scopinol và đồng thời có thể giảm đến mức tối thiểu quá trình racemic hóa thành atroscin.

• Chuyển dạng scopolamin hydrobromid

Scopolamin thô hòa tan trong 3 phần thể tích aceton, dung dịch được làm lạnh tốt. Thêm vào đó dung dịch đậm đặc HBr 48% trong nước cho đến khi phản ứng acid nhẹ, thử bằng giấy quỳ (chú ý làm lạnh tốt). Thêm vào 1 lượng aceton, để lạnh qua đêm, scopolamin hydrobromid sẽ kết tinh với 1 phân tử nước. Lọc rửa bằng alcol, sấy tại nhiệt độ phòng. Nước mẹ chứa cả scopolamin và atroscin hydrobromid. Nếu tiếp tục bốc hơi tại áp suất giảm thu thêm được scopolamin hydrobromid.

Quá trình điều chế scopolamin từ Datura metel có thể tóm tắt theo sơ đồ ở hình 17.2.