重結晶法純化右旋龍腦的工藝研究

黃麗榮，覃窕平，駱衡

（1.貴州理工學院食品藥品制造工程學院，貴州 貴陽 550003；2.貴州省中國科學院天然產物化學重點實驗室，貴州 貴陽 550014）

天然龍腦是右旋龍腦比例大于95%的天然植物提取物，有 “植物麝香”、 “植物黃金”之美稱，在中醫藥領域中應用十分廣泛［1-2］。由于受到種源、種植技術和提取技術的局限性，國內生產龍腦的廠區及發展規模小，技術相對落后，其生產現狀已遠遠滿足不了市場的需求［3-4］。

晶析分離方法具有工藝簡單易于掌握、工藝條件要求低、可直接獲得外觀規整的固體產品等優點，被廣泛應用于分離工程中［5］。目前，我國所產龍腦主要是從龍腦樟的枝葉中提取，其提取精制工藝主要為水蒸氣蒸餾或水蒸氣蒸餾后晶析分離［6-8］。目前晶析分離制備右旋龍腦主要應用的溶劑主要是汽油、乙醇，安全性差，容易污染環境，而且收率一般不能超過70%，收率較低，母液殘留較多，需要再利用其它分離方法進一步分離［9-11］。本研究擬采用單因素實驗、正交試驗研究結晶溶劑、固液比、結晶時間、結晶溫度對右旋龍腦重結晶效果的影響，建立一套提純率高、成本低、對環境污染少的右旋龍腦的提純生產工藝，以期為天然龍腦的工業生產提供技術支持。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑與儀器

天然龍腦粗品 （淡黃色粉末，質量分數為69.1%，用水蒸氣蒸餾法從龍腦樟中提取獲得，由貴州浙商農林科技有限公司提供），右旋龍腦標準物質 （含量質量分數為99.6%，中國食物藥品檢定研究院），乙醇、石油醚 （60～90℃）、正己烷、乙酸乙酯均為分析。

氣相色譜儀 （TRACE 1310）購自寧波海曙恒隆實驗器材有限公司，電子調溫萬用電爐 （DK-98-II）、電熱鼓風干燥箱 （WGL-230B）購自天津市泰斯特儀器有限公司，電子分析天平（H20899）購自北京恒奧德儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的制備

準確稱取右旋龍腦標準品13.75mg，用乙酸乙酯溶解定容，制成質量濃度為1.375mg／mL，作為測定樣品的標準溶液。

1.2.2 氣相色譜條件

TR-5毛細管色譜柱，氫火焰離子檢測器（FID），350℃，載氣溫度250℃，進樣量5μL，進樣口溫度250℃，柱溫程序升溫50～250℃，初始溫度保持2min后，先每分鐘升60℃，升至150℃后保持5min，再每分鐘升60℃即可，升至250℃保持。

1.2.3 標準曲線的繪制

準確移取1.375mg／mL的右旋龍腦標準溶液0.25，0.5，1，2，3和 4mL，乙酸乙酯定容至10mL，配制成標準系列溶液。按照 “1.2.2”項色譜條件，分別吸取上述溶液進樣5μL，每一個質量濃度重復測定3次。以質量濃度c（mg／mL）為橫坐標，峰面積A為縱坐標，繪制標準曲線方程為：A＝6.209c+0.0284，R2＝0.9998。

1.2.4 重結晶溶劑的考察

稱取龍腦粗品1 g置于圓底燒瓶中，加入相應溶劑，加熱回流30min，趁熱濾去不溶物，濾液靜置冷卻到室溫后，移至4℃冰箱，目測待析出的晶體量不再增加時抽濾洗滌干燥，得到精制右旋龍腦，并回收母液。稱取晶體質量計算晶體收率。將晶體用乙酸乙酯溶解，按 “1.2.2”項下檢測，根據標準曲線方程計算右旋龍腦的含量。以右旋龍腦重結晶收率 （權重40%）和產品純度 （權重60%）為衡量指標進行綜合考察，確定最佳重結晶溶劑，即綜合值＝收率×40%+純度×60%。

1.2.5 單因素考察實驗

2年區試與生產試驗結果采用DPS數據統計軟件[4]，對黔糯優11的全生育期、有效穗、株高、穗長、穗粒數、實粒數、結實率、千粒重主要農藝性狀和產量構成因素與產量進行相關性分析。

根據重結晶溶劑的考察結果，選取最適宜的結晶溶劑總體上按照 “1.2.4”的操作步驟及計算方法，分別研究固液比、結晶時間和結晶溫度對結晶效果的影響，確定每個因素的較優水平。選取的固液比的考察條件為：1∶1，1∶2，1∶4，1∶6，1∶10 mg／mL 5個水平，結晶溫度為4℃，結晶時間為10h。結晶時間的考察條件為：2，5，10，15，20h 5個水平，結晶溫度為4℃，固液比為1∶4mg／mL。結晶溫度的考察條件為：0，4，10，25℃4個水平，結晶時間為10h，固液比為1∶4mg／mL。

1.2.6 正交實驗

根據單因素實驗結果，確定每個因素的較優水平，在此基礎上，設計正交實驗，實驗方法總體按照 “1.2.4”進行。根據右旋龍腦的收率和純度，綜合評價重結晶效果，判斷因素的影響程度。

2 結果與討論

2.1 重結晶溶劑的確定

重結晶選擇的溶劑應符合下面幾個條件：溶劑不能與目標結晶物發生化學反應；目標結晶物在溶劑中的溶解度隨溫度升高而迅速增大，冷卻時能析出大量晶體；目標結晶物與雜質在該溶劑中的溶解度相差較大；溶劑應安全易得、易于回收利用、操作方便［12］。

綜合考慮以上因素，通過預實驗，最終選擇50%乙醇、石油醚、正己烷作為結晶溶劑進行下一步研究，以期找出適合右旋龍腦重結晶的最佳溶劑。

溶劑50%乙醇、正己烷、石油醚重結晶結果見表1。由結果可知三種溶劑重結晶得到的晶體均接近高純度的右旋龍腦顏色。經50%乙醇重結晶天然冰片的純度最高，但收率較低，而經石油醚重結晶的收率最高。綜合評價三種溶劑的重結晶效果，石油醚的結晶效果最優，故選擇石油醚作為重結晶溶劑進行單因素考察實驗和正交實驗。

表1 不同溶劑重結晶實驗結果

2.2 單因素考察實驗結果

2.2.1 固液比對重結晶的影響

固液比主要影響結晶的速率和晶體質量。固液比小，結晶速率較小，獲得的晶體粒度較小；提高固液比，有利于提高結晶速率，能夠獲得較大顆粒的晶體，但若固液比太大，則易造成晶粒磨損，從而產生大量細小晶體，導致晶體質量下降［13］。

圖1 固液比對右旋龍腦重結晶效果的影響

由圖1可知，隨著固液比的減小，綜合值先增加后減小，當固液比為1∶4mg／mL時，綜合值達到最大，重結晶效果最優。

2.2.3 時間對結晶的影響

結晶靜置時間短，通常獲得的晶體的數量少而晶體小，并且雜質多，晶體質量較差。靜置時間較長能獲得較多的晶體，結晶越充分，且晶體粒度較大，結晶質量較高，但是過長的時間會影響到整體效率，而且還可能引起溶劑揮發導致雜質析出，晶體質量降低。所以選擇適合的結晶時間對于結晶來說很重要［13］。

本實驗結晶時間考察分別選擇為2h，5h，10，5h和20h，結晶溫度為4℃，固液比為1∶4mg／mL。分別計算右旋龍腦的純度和收率，得出綜合值，結果見圖2。

圖2 結晶時間對右旋龍腦重結晶效果的影響

從圖2可知，隨著結晶時間的延長，綜合值先增加后減小，當結晶時間為10h時，綜合值達到最大，結晶時間從15h延長到20h綜合值變化較小，說明此時天然冰片結晶已經十分充分，但是純度卻有所下降。因此，10h為較優的結晶時間。

2.2.4 溫度對結晶效果的影響

溶液結晶是根據待分離物質溶解度的差異實現物質的分離純化，而溫度是影響固體物質溶解度的主要因素。大多數物質的溶解度隨溫度的升高而升高，隨溫度的降低而降低。因此，在保證物質的結構不發生變化的前提下，冷卻結晶法通常先采用較高的溫度使體系中溶質溶解，而后緩慢冷使溶液達到過飽和狀態進而析出晶體。溫度較高時，溶液過飽和度不能達到，不利于晶體的析出；而溫度過低，則易使雜質同時析出，降低產品的純度。因此，溫度直接影響固體物質的結晶速率與晶體的質量［13］。

本實驗結晶溫度考察分別選擇為0、4、10℃和25℃，結晶時間為10h，固液比為1∶4mg／mL。分別計算天然冰片的純度和收率，得出綜合值，結果見圖3。

圖3 不同結晶溫度對右旋龍腦重結晶效果的影響

由圖3可知，溫度從0℃升至10℃時，綜合值逐漸增大，主要是由于在維持較高的收率下，天然冰片的純度有所提高。而繼續提高溫度，收率顯著下降，導致綜合值減小。因此，選擇結晶溫度為10℃較為合適。

2.3 正交實驗結果

通過上述單因素考察實驗結果，確定了固液比、結晶溫度、結晶時間這三個因素的較優水平，在此基礎上，設計L9（33）正交試驗，以獲得較優的右旋龍腦重結晶純化工藝，并研究確定各因素對純化工藝的影響。因素水平見表2，結果見表3。

表2 正交實驗因素水平

表3 正交實驗結果

表3 （續）

由表3可知，各因素對右旋龍腦重結晶綜合值的影響順序是：結晶溫度＞固液比＞結晶時間，最佳重結晶條件為A2B1C2，即結晶溫度10℃，固液比 1∶3 mg／mL，結晶時間 15h。

2.4 驗證實驗結果

根據上述正交試驗優選出的條件進行3次驗證實驗，實驗結果如表4所示，右旋龍腦重結晶純化后的GC圖如圖4所示。

表4 右旋龍腦重結晶驗證實驗結果

圖4 最佳重結晶工藝條件下右旋龍腦的氣相色譜圖

由表4可知，通過重結晶工藝優化，右旋龍腦收率77.06%，純度98.21%，綜合值89.75%，標準偏差0.77%，說明此優化工藝能夠獲得較高收率和較高純度的右旋龍腦，且重現性較好。由圖4可知，重結晶純化后，晶體幾乎不含其它雜質。

3 結論

通過單因素考察實驗和正交實驗，確立的右旋龍腦重結晶純化最佳工藝條件為：以石油醚 （60～90℃）為溶劑，結晶溫度10℃，固液比1∶3 mg·mL，結晶時間15h。在此條件下，右旋龍腦收率可達77.06%，純度為98.21%，所得晶體色澤、形態均一。建立的右旋龍腦精制工藝，操作簡便，溶劑易于回收利用，污染較少，易于擴大化生產。