推薦一個綜合化學實驗

渠桂榮 王菲菲 郭海明 王東超 李建平 趙揚

摘要：本文介紹了一種提取蘆丁的新方法，即以水為溶劑、石灰乳調節堿性、超聲波破碎細胞壁，從裂葉苣荬菜或槐米中分離提取蘆丁。利用UV、IR、1H-NMR波譜技術結構對所提取的蘆丁進行了表征，同時對蘆丁的療效、用途與開發的價值做了簡要介紹。該實驗知識要點多、學科覆蓋面廣、友好環境無污染、貼近生活、安全可操作性強、實驗效果好、能調動學生的學習積極性，有利于培養學生綜合能力與創新思想的形成，體現了科研成果轉化為實驗教學的優越性。

關鍵詞：蘆丁；綠色提取；結構表征；綜合實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）10-0234-02

大學教育改革的總體目標是提高大學生的動手能力、創新能力和服務于社會的能力，實驗教學正是培養創新人才的重要途徑。基礎單元操作實驗能讓學生了解和體驗實驗的過程，提高學生的動手能力，綜合實驗與設計實驗能讓學生既動手又動腦，培養學生的科學實驗素養，逐步提高學生解決實際問題的能力，從而真正提高學生的創新能力與綜合素質。我們作為國家級實驗教學實驗中心，多年來牢牢抓住基礎實驗教學，以培養學生的實踐動手能力與探索精神為目標，力求發現、發展與挖掘學生的個性與潛質。我們以培養學生基本操作技能、實際動手能力和創新能力為主線，構建了抓住基礎、推崇應用、重視能力、引領創新為核心的實驗教學課程體系，采取迎合市場需求、分專業按需求的分流培養模式，獲得河南省教學成果一等獎[1]。在該課程體系中學生的應用與創新能力培養是關鍵，必須借助于后期的綜合實驗與設計實驗來完成。為了提高設計性和綜合性實驗比例，開發、凝練、建設一批能激發學生興趣、啟迪科學思維、訓練探索精神、引導學生創新的實驗教學項目，我們實驗教學中心每年都面向全院教師征集本科生綜合實驗教學項目。要求教師從自己的科研成果中尋找盡可能貼近生活，貼近社會，與學科前沿相結合并能激發學生科研興趣的研究內容。在實驗設計上力爭做到使用無毒或少毒的藥品或試劑，體現綠色化學的教學理念，在實驗儀器使用上盡可能選擇實驗中心現有儀器設備，同時考慮實驗成本、實驗的可行性和安全性等因素。通過申述答辯、專家評審逐項打分、優中選優，被選中的項目將有專門的經費資助其完成開課前的試做與準備工作。“蘆丁的綠色分離提取方法與結構表征”便是2009年被實驗中心選中的項目。這個實驗是作者承擔完成的國家新藥基金項目的部分內容，是科學研究的新成果。該實驗知識要點多、學科覆蓋面廣、友好環境無污染、貼近生活、成本低、實驗效果好，符合我院實驗教學中心本科生綜合實驗教學項目的基本要求，有利于培養學生實踐能力與創新能力，能夠體現科研成果轉化為實驗教學的優越性。蘆丁，又叫槲皮素-3-氧蕓香糖苷，英文名稱為Rutin，分子式是C27H30O16，分子量為610.51。它是維生素P中的一種重要的黃酮類化合物[2-3]。蘆丁存在于菊科植物裂葉苣荬菜、豆科植物槐米（或槐角）、蕓香科植物蕓香葉、蓼科植物蕎麥花、大戟科植物野梧桐中。多種常用食品大棗、番茄、橙皮、杏中也含有蘆丁。蘆丁具有抗炎鎮痛、抗癌、抑菌、抗病毒、抗心腦血管疾病、抗氧化、抗衰老、抗過敏、利尿、鎮咳、降血脂、降低毛細管的通透性與脆性等多種藥理活性，也是食療和食補的重要物質[4]。在臨床上常用蘆丁及其衍生物防治腦溢血、高血壓、視網膜出血，治療慢性氣管炎、血管發脆等疾病。蘆丁的衍生物三羥乙基蕓香苷（維腦路通）目前還被廣泛應用于臨床，用于治療各種血管疾病及關節炎。從各種植物中分離提取蘆丁的方法很多，并已經被很多專家廣為研究，例如冷堿滲漉提取-酸沉淀法、乙醇浸提法、丙酮浸提法、超臨界CO2提取法、滲漉法、煎煮法等[5-7]。但這些方法大多數都存在操作成本高、工藝流程長、提取效率低、對環境不友好等不足之處。本實驗則采取了石灰乳調節的堿性水溶液浸泡-超聲波破碎細胞壁-加熱回流提取-酸中和游離-水重結晶純化-各種波普表征結構的新工藝，可操作性強，經濟、安全、環保，真正體現了“學生為主體，教師為主導”的實驗教學模式，培養了學生學習化學的興趣，改善了實驗室的環境，特別適用于本科生做綜合實驗。

實驗內容如下：

一、實驗目的

1.建立從天然植物中分離提取化學成分的研究思路；

2.掌握通過文獻綜述和已有知識設計研究方案的方法；

3.設計綠色提取方案、分離純化黃酮化合物-蘆丁；

4.利用紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜等手段表征化合物結構。

二、實驗原理

蘆丁屬于黃酮類化合物，具有一定的酸性，并且其酸性大小與黃酮母核上取代基的種類、取代基的數目及其相對位置有關。蘆丁的分子中含有很多羥基，酸性較大，水溶性也較大。超聲波具有微觀破碎的能力，所以根據蘆丁的化學特性和超聲波儀器的簡單可操作性，本實驗設計用堿性水溶液浸泡，超聲波破碎提取、用無機酸酸化游離，然后萃取、用水或乙醇重結晶即可得到純凈的蘆丁。

三、實驗儀器與藥品

1.主要儀器設備：超聲波裝置（1臺，常規），加熱回流裝置（1臺，常規），重結晶裝置（1套，常規）；

2.主要化學試劑：石灰乳200ml（自制），裂葉苣荬菜40g（6～7月份采集曬干），槐米40g（7～8月份采集曬干），濃鹽酸5ml（分析純）；

3.檢測用大型儀器：NMR儀（Bruck-AV-400兆），Bruker Vector 22紅外光譜儀，Lambda-17 UV紫外可見分光光度計。

四、實驗步驟

干燥裂葉苣荬菜（Sonchus arvensis L.）或槐米（Sephara japonica L.）40克加約6倍量水，煮沸，在攪拌下緩緩加入石灰乳至pH值達到8-9，反應瓶移至已經加熱到80℃的超聲波儀器中，超聲30分鐘，然后微沸回流30分鐘，趁熱抽濾；殘渣同上再加4倍量水，石灰乳調至pH值達8-9，再移至80℃的超聲波儀器中，超聲30分鐘，微沸回流20分鐘，趁熱抽濾。合并濾液，溫度降至60℃以下，用濃鹽酸調節pH至5左右，攪勻，靜置24小時，抽濾。沉淀物水洗至中性，60℃干燥得到蘆丁粗品，用水重結晶，80℃干燥得到蘆丁純品。

蘆丁的波譜數據測定：

1.在甲醇溶劑中測定蘆丁的紫外光譜；

2.然后在蘆丁的甲醇溶液中加入三氯化鋁，測定其紫外光譜；

3.溴化鉀壓片法測定蘆丁的紅外光譜；

4.在DMSO-D6中測蘆丁的1H-NMR譜；

5.在DMSO-D6中滴加D2O測蘆丁的1H-NMR譜。

五、實驗注意事項

操作要點：（1）飽和石灰乳的制備；（2）超聲及微沸提取；（3）濃鹽酸調pH值；（4）重結晶；（5）紫外光譜、紅外光譜、核磁共振圖譜測試及解析。難點：紫外光譜、紅外光譜、核磁共振圖譜解析（教師指導完成）。紫外光譜中應指出黃酮的帶Ⅰ與帶Ⅱ吸收位置，并強調指明由于B環上鄰二酚羥基的存在，加入AlCl3后，鄰二酚羥基與鋁絡合使帶Ⅱ紅移的現象。紅外光譜中讓學生找出羥基、羰基、芳環的骨架特征吸收。核磁共振氫譜中首先指出高場區鼠李糖上甲基的吸收峰（1.00ppm，雙峰）和低場區產生了分子內氫鍵的5位羥基質子的吸收（12.00ppm，滴加重水消失），同時比較滴加重水前后的氫譜，找出所有的羥基質子吸收，然后指出芳香質子吸收（6.15-7.55ppm）和蕓香糖上質子吸收（3.1-5.5ppm），讓本科生認識到用波譜數據解釋化學結構的重要性和科學性。

六、問題與討論

1.盡可能多地說出你所熟悉的天然植物中所含的化學成分；

2.請自行設計一種天然植物化學成分的分離提取方案；

3.提取液的堿性用石灰乳調節，而不用氫氧化鈉或碳酸鈉水溶液來調節的原因？（指出含羥基的雜質易生成鈣鹽沉淀，不致溶出。更有利于黃酮類化合物的純化處理）

4.對比分析蘆丁在MeOH和MeOH/AlCl3中UV譜的差別，討論B環上鄰二羥基與三氯化鋁絡合紅移現象在鑒別黃酮中的應用[8]。

5.對比分析蘆丁在DMSO-D6中滴加D2O前后測得1H-NMR譜的異同，討論該測試方法還能在哪些研究中應用。

七、教學建議

1.分離提取及純化部分由學生1人1組，獨立完成；

2.UV、IR、1H-NMR波譜測試以學生小組為單位進行，然后波譜數據的分析以實驗班為單位由教師指導和講解；

3.實驗報告除給出本次實驗的做法與體會外，要求每個學生一定自行設計一種天然植物化學成分的提取方案，并給出其可行性、綠色性和先進性。

本實驗綜合了天然藥物化學、有機化學、分析化學、波譜分析等多學科的知識，注入了綠色化學的理念，采用了超聲波破裂細胞壁和石灰乳調節堿性的創新性工藝，這項工藝不僅提高了蘆丁的提取效率，而且石灰乳調節堿性的方法能有效地去除其他含羥基的雜質化合物，便于產品的分離純化。這是我們承擔國家新藥基金《裂葉苣荬菜抗病毒口服液的研究》項目的科研成果之一，該實驗知識要點多、學科覆蓋面寬、友好環境無污染、貼近生活、成本低、實驗效果好，試驗完成后，滿實驗室的清香味，令人心情愉快。該實驗已經在兩屆本科生中開設，十分有利于培養學生綜合能力與創新思想的形成，是值得推薦交流的一個綜合實驗項目。

參考文獻：

[1]郭海明，渠桂榮.基于市場需求和個性培養 構建高師本科化學專業分類別培養模式[J].中國大學教學，2010，（2）：22-24.

[2]李宇彬.重要有效成分藥理與應用[M].哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1995.

[3]徐任生.天然藥物化學導論[M].北京：科學出版社，2005.

[4]王玉枝等.食療食補功效的重要物質-蘆丁[J].大學化學，2010，（增）：109-113.

[5]戰玉琴，等.冷堿法從槐米中提取蘆丁的實驗研究[J].中成藥，1994，16（7）：10.