咪唑類離子液體提取天然化合物的工藝方法

梁 婕，王庭芳

(1.臨汾職業技術學院, 山西 臨汾 041000； 2.上海大學 醫學院 ，上海 200444)

離子液體具有穩定性好、可設計性、可溶解等優點，其用于提取天然產物中發揮著獨特的優勢。天然產物是指自動物或者植物內提取適量的內源性化學成分，這些物質發揮著抗氧化等治療效果，這也是合成部分藥物的重要來源。一些天然產物廣泛保存在植物細胞中，由纖維素構成的細胞壁成為提取天然產生必須解決的障礙。如果要解決纖維素提取障礙，常見方式：通過微波、機械粉碎等方式將纖維素結構進行破壞，提升天然產物提取效率。因此，探尋一種有效溶解纖維素溶劑成為提升提取率的關鍵。離子液體又被稱為室溫離子液體等，主要由有機陰、陽離子及無機陰離子構成，處于室溫或近乎室溫狀態下得到液態物質。有研究表明，咪唑類離子液體用于處理纖維，發現其具有溶解能力好等特點，為提取天然產物提供新的發展方向。

1 離子液體用于提取天然產物主要種類

與傳統有機溶劑比較，離子液體展現出熱穩定性好、熔點低、可設計性等，采用這種方法提取分離操作中具有獨特的優勢，與其他技術合理結合顯示出最佳的提取分離效果。由于離子液體比較特殊，特別是陰陽離子溶解操作時，可能與纖維素組成絡合結構，有利于破壞纖維素各分子間的氫鍵發揮著不可替代的作用。不得不說，離子液體是高效率提取、分離天然產物常用的溶劑，其能有效簡化樣品預處理、提升提取率等操作。利用咪唑類離子液體對天然產物成分進行提取、分離處理。

2 天然物中提取天然化合物主要方式

2.1 傳統提取方式

傳統用于提取天然產物的主要方法包含超聲波、有機溶劑提取、微波輔助萃取法等，以上方法各有其優勢。其中，熱水提取法主要特點在于操作簡單、成本低等，但采用這種方式提取效率不高，資源利用度低。有機溶劑提取法中的溶劑回收、干燥等操作簡單易行，但有機溶劑容易恢復、損耗較大，且會對環境產生不良影響。超聲波提取法展現出省時、提取效率高、溶劑損耗少等優點，但這種方法具體應用中會受裝置、設備等方面的限制。微波輔助萃取法是指通過微波加熱促進溶液對于樣品中目標物的萃取。綜合分析發現，超聲波、微波輔助這2種提取方式的主要優勢為操作簡單、提取操作時間短等，得以廣泛用于天然產物的提取。

2.2 離子液體提取法

離子液體是一種新型的綠色溶劑，其主要特點：溶解度好、飽和蒸氣壓低，在越來越多的研究中得到應用。離子液體是傳統容易恢復、有毒溶劑的替代品，其在化學反應、分離過程、有機合成等方面得到推廣使用。有研究指出，與傳統有機溶劑比較，離子液體具有用量少、靈敏度高等優點，在天然產物提取高附加值化合物中的研究日益增加。加之，離子液體對于環境比較友好，可適當增加提取化合物的范圍及提取效率，成為比較優良的提取劑之一。

3 離子液體提取天然化合物的研究

3.1 陽離子的影響

采用離子液體作為萃取劑用于提取植物次生代謝物，依次篩選不同的離子液體，發現僅有2個對植物次生代謝物的提取效果較好。對于不同陽性、陰性離子液體對植物次生代謝物提取展開研究可知，與陽離子比較，陰離子對提取植物次生代謝物影響更大，其疏水作用明顯優于陽離子。加之，此研究還證實陽離子碳鏈長度增加，會在一定程度上增加離子液體黏度及其疏水性，導致傳質推動力下降，無法獲得理想的提取效果。研究不同陰陽離子堿性對于植物次生代謝物影響可知，陰性離子堿性對于植物次生代謝物提取效率影響更大，如果離子液體堿性比較強，其能獲得更好的植物次生代謝物提取效果。若應用[Bmim]Br、[Hmim]Br、[Hmim]BF、[Bmim]BF4種離子液體作為萃取劑，結合微波法用于提取天然化合物。實驗結果證實，所選4種萃取劑，[Hmim]Br用于提取天然化合物效果最佳。若離子液體在與所用陽離子結構一樣的條件下，陰離子對于天然化合物提取的影響為Br>BF。研究還指出，陽離子結構對于天然化合物提取效果的影響更好，其影響關系：[Hmim]>[Bmim]。深入分析可知，因[Hmim]的碳鏈明顯長于[Bmim]，碳鏈越長表明其非極性更強，對于提取天然化合物更有利。自天然產物提取天然化合物中咪唑類離子液體碳鏈長度會對提取效果產生顯著的影響。由于離子液體碳鏈長度的增加，天然化合物提取效率隨之升高。碳鏈增長會在一定程度上增加離子液體與溶質的作用位點，使得分子間的力有所增強。當碳鏈較長其黏度增加，傳質推動力明顯削減，這種背景下會對提取率產生影響。在挑選碳鏈長度時，必須綜合分析陰離子結果及其合成成分，以確保獲得最佳的提取方案。植物次生代謝物提取所用離子液體如表2所示。

表2 植物次生代謝物提取所用離子液體

3.2 陰離子的影響

咪唑類離子液體用于提取天然產物不斷增多，1-丁基-3-甲基咪唑具有成本低、合成方便等特點，滿足提取天然化合物相關要求。

4 咪唑類離子液體發展方向分析

為有效解決咪唑類離子液體用于提取天然產物中出現的一系列問題，研究一種環保、合成的的新型離子液體，對于提升天然產物提取效率、開展提取處理中重復利用離子液體，這也是咪唑類離子液體未來一段時期的發展方向。由于離子液體提取操作中流失或者廢棄的離子液體會在一定程度上危害環境內的微生物、水生物等。加之，離子液體內的陽離子核、陰離子等均會對毒性有所影響。從環保視角分析，主要由以下方面研究合成離子液體：(1)使用更加環保等方式，如：綠色溶液反應、原子經濟性反應等實現離子液體的合成，不僅能使離子液體合成路線明顯縮短，也能降低合成中有害溶劑使用率。(2)通過一些生物可再生資源或大自然中能夠廣泛得到原料，例如：氨基酸、膽堿等完成離子液體合成，這類液體展現出低毒性、相容性好等優點，還能依托增加脂基或者酰胺基，從而提升生物的降解性。不得不說，真正的綠色離子液體是新時期的研發發現，其用在天然產物提取中展現出良好的前景。

現階段，通過合成處理獲得的離子液體，與傳統溶劑相比，價格較高。因此，想要推進離子液體規模化發展，必須注重離子液體實現巡回利用。由于離子液體的黏度較大，開展提取操作后與產物難以實施分離，容易發生離子液體回收困難的問題。開展提取時，離子液體容易與溶劑共用。分析其結構可知，這種離子液體與水、酮、醇等溶劑均有良好的相溶性，導致離子液體會殘留在上述溶劑內，在一定程度上污染環境。

對離子液體進行回收，有利于降低提取操作所用成本，也能在一定程度上改善離子液體對環境產生的污染，因此，如何有效回收離子液體，這也成為研發離子液體的重要方向。目前，常見的回收方法包含蒸餾、吸附等。其中，利用減壓蒸餾方式有利于有效除掉低沸點雜質，獲取高純凈度的離子液體。在離子液體中加入樹脂等吸附劑，通過吸附劑對混合物內的單一或多種組分進行吸附，有利于回收離子液體。在此基礎上，還可依托過膜分離等方法開展回收處理，均能獲得較好的效果。溶液萃取作為有效回收離子液體的方式，通過丙酮、水及丙醇混合液回收除去離子液體，其回收率高達89%。必須注意，用來回收離子液體所用成本偏高，必須進行深入的研究和分析，進而加大離子液體回收效率及規模。在此基礎上，研發容易分離的離子液體，例如：聚離子、磁性離子液體成為改善離子液體難以回收的關鍵。有研究指出，離子液體內引進磁性基團能有效合成相應的磁性離子液體，有效調節外界的磁場強度，并由溶液內對離子液體完成回收及分離。聚離子液體是指在離子液體陰、陽離子中加入部分特殊的基團集合構成高分子聚合物。這種新研發的高分子離子液體，可以保存咪唑環中活性N原子，其進一步溶解纖維素性能。通過改變離子液體分子量有效控制溫度實現效率控制，確保離子液體的回收及再利用。借助包含咪唑陽離子液體和與乙腈相結合是有效分離生育酚同系物的主要方法，這種方法能夠被迅速回收，實現重復利用。

5 結語

通過咪唑類離子液體提取天然產物內的物質效果明顯，但提取操作容易存在易殘留、回收困難等問題，表明采用咪唑類離子液體提取天然產物提取面臨一定的瓶頸。隨著相關研究日益增多，咪唑類離子液體提取出現的問題得到解決，借助離子液體良好的設計性有利于研發出更環保、便于回收的提取劑，成為高效分離提取天然產物領域日后發展的方向。