基于Cu（Ⅱ）—尼古丁配合物形成的煙草中高純度尼古丁的提取

摘要：以煙草為原料，浸泡后通過除去浸提液中的色素、果膠、蛋白質等雜質后，調整一定的pH，加入硫酸銅，使浸提液中的尼古丁形成Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物。利用配合物的熱不穩定性，加熱使配合物中的配體尼古丁釋放出來，從而達到從煙草中提取高純度尼古丁的目的。結果表明，用此方法提取的尼古丁純度可達98.3%，提取過程簡單有效，設備簡單，硫酸銅試劑還可回收利用。

關鍵詞：Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物；尼古丁；煙草

中圖分類號：O633 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）04-0910-03

The Extraction of High Purity Nicotine by the Formation of Cu（Ⅱ）-Nicotine Complex

in Tobacco

CHEN Yun

（Yingdong Life Science College， Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

Abstract：After soaking raw material of tobacco， the pH of extract was adjusted after removing impurities such as pigment， pectin， protein， etc.； then copper sulfate was added to form Cu（Ⅱ）-nicotine complex in extract. Thermal instability of Cu（Ⅱ）-nicotine complex was adopt to release the ligand through heating， so high purity nicotine was obtained. The results showed that the purity of nicotine was over 98.3% by this method， and the extracting process was simple while effective； the apparatus was not complicated and copper sulfate could be recycled.

Key words： Cu（Ⅱ）-nicotine complex； nicotine； tobacco

中國是煙草種植大國，煙草中富含尼古丁（煙堿）[1]。尼古丁可以緩解和治療多種疾病如帕金森病等[2]，也可以作為生物農藥[3]、香煙添加劑[4]等。從煙草中提取尼古丁的方法有很多[5]，其中水蒸氣蒸餾法是提取尼古丁較為常見的工藝，但所得產品純度低。其余如溶劑萃取法、離子交換法等情況也是如此。超臨界萃取法雖然提取尼古丁純度有所提高，但存在工藝復雜、設備要求高、生產能力低等困難。研究利用尼古丁和Cu2+形成配合物，然后利用配合物的熱不穩定性加熱分解使尼古丁釋放出來。該方法提取效率高，工藝簡單，可得到高純度的尼古丁。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料與試劑 尼古丁標準品購自美國ACROS ORGANICS公司，純度高于99%；Cu標準溶液為國家標準溶液，購自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；甲醇為色譜純，五水硫酸銅為分析純，三氯化鋁為分析純，三氯乙酸為分析純，30%雙氧水，其余試劑均為分析純，所用溶液均用去離子水新鮮配制。煙草來源于廣東省始興縣。

1.1.2 主要儀器 TAS-986原子吸收分光光度計購自北京普析通用儀器有限責任公司，儀器檢測條件參考文獻[6]；Agilent 1100高效液相色譜儀購自美國Agilent公司；Agilent Hyprsil ODS 5 μm（4.0 mm×250 mm）色譜柱，DAD檢測器，儀器檢測條件參考文獻[7]；Nicolet 360型紅外光譜儀購自美國Nicolet公司，用KBr壓片；ZRT全自動微機熱失重分析儀購自北京精儀高科儀器有限公司，溫度上升速度為4 ℃/min；PHB-8型pH計購自上海康寧電光技術有限公司；TDL-50B型臺式離心機購自上海康亭科學儀器廠。

1.2 方法

按尼古丁和硫酸銅物質的量之比6∶1，在不同pH條件下進行反應。先把尼古丁和硫酸銅用去離子水各配成0.05 mol/L溶液，取6 mL尼古丁溶液于25 mL刻度試管中，然后再慢慢滴加1 mL硫酸銅溶液，并不斷攪拌，攪拌過程中用NaOH和HCl溶液調至所需pH。用去離子水定容至20 mL，然后用酸度計確定最終pH。樣品靜置4 h后在離心機上以8 000 r/min離心分離30 min，取上層清液分別用原子吸收分光光度計和高效液相色譜儀測定Cu2+和尼古丁濃度計算質量，然后推算出沉淀中質量。對Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物樣品進行一般分析、熱失重分析和紅外光譜分析。

2 結果與分析

2.1 Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物的形成

圖1是pH分別為5.5、6.4、8.0、10.0、12.0試驗樣品的圖片。由圖1可知，在pH≤5.5，體系未見沉淀，在6.1

C10H14N2+2H+？葑C10H14N2H22+（pH≤5.5）[8] （1）

2C10H14N2+Cu2+=Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物↓（6.1﹤pH≤6.4） （2）

[Cu（C10H14N2）2]2++OH-=Cu（OH）2↓+C10H14N2（6.4﹤pH≤10.0） （3）

Cu（OH）2=CuO+H2O（強堿性條件下） （4）

把表1清液中尼古丁和Cu2+的質量按pH的變化作圖（圖2），由圖2可知，在pH的變化過程中，尼古丁的質量呈V字形變化，在pH 6.3時達到最低點，爾后上升；而Cu2+的質量在此pH后不再上升，并有繼續走低的趨勢。可見此后與尼古丁結合的Cu2+轉化為Cu（OH）2沉淀，使尼古丁釋放出來。由表1可知，尼古丁和Cu2+物質的量之比在pH 6.3時可達到1.972∶1≈2∶1。

2.2 Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物的樣品分析

2.2.1 一般分析 取一支硬質試管，把圖1B樣品真空干燥后加入試管并加熱，當溫度上升到180 ℃以上時，樣品的顏色逐漸變成白色，此時把濕潤紫色石蕊試紙放到試管口顏色變藍，說明樣品發生熱分解并有堿性氣體放出，且到550 ℃時一直沒變化；當溫度上升到600 ℃時，此時把濕潤紫色石蕊試紙放到試管口顏色變紅，說明此時樣品發生熱分解并有酸性氣體放出，樣品變成黑色。初步判斷，圖1B樣品是Cu（Ⅱ）-尼古丁配合物，在加熱過程中，配體尼古丁首先分解放出堿性氣體，形成白色無水硫酸銅；當溫度上升到600 ℃以上時，硫酸銅進一步分解產生硫的酸性氧化物和黑色的CuO。

2.2.2 熱失重分析 將圖1B樣品真空干燥后用熱失重分析儀分析，結果如圖3。由圖3可知，配合物的分解分兩步進行，與試驗2.2.1結果吻合，也符合兩個以上配體的配合物配體分步分解的特點。在180～350 ℃時第一個配體分解；350～530 ℃時第二個配體分解。在熱失重過程中每步分解失重率均減小33.5個百分點，由此推斷配合物為Cu[（C10H14N2）2]SO4。化學反應式見（5）、（6）。

Cu[（C10H14N2）2]SO4=C10H14N2↑+CuSO4（加熱至180～530 ℃） （5）

CuSO4=CuO+SO3↑（加熱至600 ℃） （6）

2.2.3 紅外光譜分析 將圖1B樣品真空干燥，用紅外光譜儀器作初步定性分析（圖4）。由圖4可知，1 380、1 460 cm-1附近吸收為甲基吸收，720～920 cm-1尖峰為雜芳環吸收，1 380、1 460、1 637 cm-1為吡啶環骨架振動吸收，這些吸收符合尼古丁結構特征；1 310～1 350、1 040～1 060、1 120～1 160、500～900 cm-1為SO42-中多個S=O吸收[9]，因此沉淀的形式是Cu[（C10H12N2）2]SO4，得到進一步證實。

3 應用

把煙草干燥、粉碎，過80目篩，用去離子水浸泡4 h，過濾，用H2O2除去色素，加三氯化鋁除去果膠，上清液加三氯乙酸后以10 000 r/min高速離心除去蛋白質。慢慢加過量的硫酸銅溶液（在此過程中始終保持溶液pH為6.1～6.4），靜置4 h，離心得到沉淀物，沉淀物用去離子水清洗數次，烘干（圖5），用圖6裝置加熱到550 ℃，空氣冷卻后得到淡黃色液體。用尼古丁標準品的高效液相色譜測定結果作對照，此液體為尼古丁，純度為98.3%。

參考文獻：

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[2] 杜廣才. 醫用化學[M].第三版.北京：人民衛生出版社，1994.

[3] 王超杰，趙 瑾.煙堿的提取與應用[J].化學世界，1996，37（11）：568-571.

[4] 肖子英.實用精細化工藥劑[M].天津：南開大學出版社，1990.

[5] 陸光裕. 有機化學[M].北京：人民衛生出版社，1986.

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[7] 楊新磊，羅明標，丁健樺.液相微萃取-高效液相色譜法快速測定唾液中尼古丁含量[J].分析化學，2007，35（2）：171-175.

[8] 李德亮，趙 瑾，丁 穎，等.煙堿的測量方法[J].化學通報，2002，65（3）：174-178.

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