五倍子染料中沒食子酸的分子結(jié)構(gòu)鑒定與性能研究*

何麗清，佘志剛

(1.廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山528000；2.中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510275)

五倍子染料中沒食子酸的分子結(jié)構(gòu)鑒定與性能研究*

何麗清1，佘志剛2

(1.廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山528000；2.中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510275)

對五倍子天然染料中沒食子酸進(jìn)行分離純化及分子結(jié)構(gòu)鑒定，研究其在不同pH值條件下的顏色變化及染色性能。經(jīng)核磁共振、質(zhì)譜等現(xiàn)代波譜技術(shù)鑒定得出從五倍子天然染料中分離純化所得的淡黃色固體為沒食子酸；通過染色實(shí)驗(yàn)可以推測沒食子酸是五倍子染料的主要上染成分。

五倍子；沒食子酸；結(jié)構(gòu)鑒定；染色性能

色素與人類生活的關(guān)系密不可分，色素可作為食品添加劑賦予食品誘人的色澤，也可以給紡織品等染上美麗的顏色。某些合成色素會危害人體健康，甚至具有致癌性，特別是某些偶氮化合物類合成色素的致癌作用尤為明顯，如4,4-二甲基偶氮苯，可以誘發(fā)肝癌。而天然色素是從動植物中提取出來的，安全無毒，且具有良好的生理活性，所以，對于天然色素的研究、開發(fā)及應(yīng)用成為持續(xù)的熱點(diǎn)[1]。隨著人們生活水平的不斷提高、紡織工業(yè)和食品工業(yè)的不斷發(fā)展，安全綠色的天然色素也越來越受到人們的喜愛和追求[2]。

五倍子別名文蛤、百蟲倉、木附子、角倍、花倍、菱倍、肚倍、豬角倍、百藥煎，為同翅目蚜蟲科的角倍蚜或倍蛋蚜雌蟲寄生于漆樹科植物鹽膚木、青麩楊或紅麩楊及其同屬其他植物的嫩葉或葉柄，刺傷而生成一種囊狀聚生物蟲癭，經(jīng)烘焙干燥后所得[3]。五倍子具有斂肺、降火、澀腸、止血等作用，主要有效成分為鞣質(zhì)及沒食子酸[4]。

沒食子酸 (Gallic acid，GA)為自然界存在的一種多酚類化合物，廣泛存在于五倍子、地榆等草藥中[5]；沒食子酸是一種重要的有機(jī)精細(xì)化學(xué)品，主要用于墨水、染料和藥物的制造及日化、制革、食品、有機(jī)合成等方面[6]；上個世紀(jì)，以沒食子酸為功能性成分的產(chǎn)品在國際市場走俏，大大促進(jìn)了國內(nèi)對沒食子酸的研究開發(fā)[7]。李肖玲等報道了沒食子酸具有抗炎、抗突變、抗氧化、抗自由基等多種生物學(xué)活性[8]。本文對五倍子天然染料中的沒食子酸進(jìn)行分離純化及分子結(jié)構(gòu)鑒定，進(jìn)一步研究其在不同pH值條件下的顏色變化及染色性能，探討沒食子酸在五倍子染料中的作用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器

Varian INOVA500NB核磁共振波譜儀 （美國Varian公司）；LCQ DECA XP LC-MS質(zhì)譜儀（美國Thremo公司）；Hei-VAPValue旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 （德國Heidolph公司）；UV2550紫外-可見光分光光度儀 （日本Shimadzu公司）；AS-12/24常溫振蕩染色機(jī) （佛山亞諾）；HH-8恒溫水浴鍋（常州億通）；Y571L染色摩擦色牢度儀 （紹興元茂）；SW-12耐洗色牢度試驗(yàn)儀 （溫州際高）。

1.2 試劑

五倍子天然染料 （常州美勝生物材料公司）；氘代試劑；葡聚糖凝膠Sephadex LH-20；其它實(shí)驗(yàn)用試劑均為市售 （AR）試劑。

1.3 色牢度評定標(biāo)準(zhǔn)

耐洗色牢度沾色等級，按GB251-64“染色牢度沾色樣卡”規(guī)定評定；耐摩擦色牢度沾色等級參照GB251-64“染色牢度沾色樣卡”規(guī)定方法。

2 結(jié)果與討論

圖1 沒食子酸的1H NMR（500 MHz）譜圖

2.1 沒食子酸的分離純化

稱取五倍子天然染料1 g用50 mL甲醇溶解，減壓抽濾得到澄清濾液；所得澄清濾液減壓濃縮得到一定質(zhì)量的甲醇粗提物浸膏。所得粗提物浸膏通過葡聚糖凝膠sephadex LH-20，采用洗脫劑為二氯甲烷、甲醇 (V/V=1:1)進(jìn)行純化，得到23mg淡黃色固體。

2.2 沒食子酸的分子結(jié)構(gòu)鑒定

取10mg淡黃色固體溶解于氘代二甲基亞砜（DMSO）溶劑進(jìn)行核磁共振 （1H、13C NMR）分析，同時取少量淡黃色固體進(jìn)行質(zhì)譜 （ESIMS）分析，結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示。

從1H NMR （500 MHz，DMSO）譜圖中可以看出以下質(zhì)子信號：一組孤立的芳香烴質(zhì)子信號δH6.92 (H,s,H—3,7)，兩組苯環(huán)上的酚羥基質(zhì)子信號δH8.83(5—OH,s)，δH9.18(4,6—OH,s)及一組羧基上的羥基質(zhì)子信號δH12.23 (1—OH,s)。

圖2 沒食子酸的13CNMR（500 MHz）譜圖

從13C NMR（125 MHz，DMSO）譜圖中可以看出：該樣品中含有7個碳，包括1個羰基碳 δC167.5(C=O,C—1)及 6個sp2雜化碳[120.4(C,C—2),108.7(CH,C—3,7),145.4 (C,C—4,6),138.0 (C,C—5)]。

從ESIMS譜圖可以看出，ESIMS給出離子峰為m/z168.8[M—H]-，結(jié)合1H、13C NMR圖譜可以推斷出該化合物的分子式為C7H6O5，與文獻(xiàn)報道的沒食子酸核磁數(shù)據(jù)及質(zhì)譜數(shù)據(jù)一致，故確定從五倍子的甲醇粗提物浸膏分離得到的淡黃色固體為沒食子酸。沒食子酸分子結(jié)構(gòu)如下：

圖3 沒食子酸的ESIMS譜圖

2.3 沒食子酸的顯色實(shí)驗(yàn)

使用鹽酸和氫氧化鈉分別配置pH值3~11溶液，分別加入等量的上述分離純化得到的沒食子酸，溶解均勻，觀察在不同pH值下溶液的顏色變化，測定溶液在490 nm下的吸光度。不同pH值下溶液的吸光度及顏色變化情況見表1。結(jié)果表明，當(dāng)pH值在3~7范圍內(nèi)，溶液顏色均為淡黃色，在490 nm下溶液吸光度值較小，在1.14~1.20之間，表明沒食子酸在中性及酸性條件下比較穩(wěn)定[9]。當(dāng)pH值大于7時，溶液顏色變?yōu)闇\棕色，pH值越大，顏色越深，其吸光度值也逐漸變大，說明沒食子酸在堿性條件下不穩(wěn)定而轉(zhuǎn)化為深顏色物質(zhì)[10]。沒食子酸在pH值為9的條件下顏色為棕色，符合紡織物通常在弱堿性條件下的染色條件。

表1 不同pH值下的沒食子酸在490 nm下的吸光度及顏色

2.4 沒食子酸的染色性能

根據(jù)提取前的五倍子天然染料與甲醇提取后的淡黃色固體重量比為50∶1（即五倍子染料o.w.f 0.5%、所提取出的沒食子酸o.w.f 0.01%，與本提取實(shí)驗(yàn)的提取產(chǎn)率2.3%大致接近），分別稱取沒食子酸和五倍子染料溶于pH值為9的水溶液中，兩種溶液分別對全棉府綢織物進(jìn)行染色 （80℃染色45min）。染色后，測試各試樣的表觀深度，耐洗、耐摩擦色牢度值，結(jié)果分別見圖4，圖5及表2。

圖4 五倍子染色棉織物表觀深度

圖5 沒食子酸染色棉織物表觀深度

由圖4、圖5可知，五倍子染料，沒食子酸分別按重量比50∶1，采用相同染色工藝 （80℃染色45 min）染后的兩塊織物的K/S值非常接近。由表2可以得出，兩塊織物的耐洗牢度和耐摩擦色牢度的干摩擦牢度均達(dá)到3級以上，而耐摩擦色牢度的濕摩擦牢度也能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。由此可以認(rèn)為，沒食子酸在pH值為9的水溶液中的染色效果與五倍子天然染料的染色效果基本等同。采用相同染色工藝 （80℃染色45 min）兩者所獲得的表觀深度、牢度基本接近，由此可推測沒食子酸是五倍子天然染料的主要上染成分。

表2 沒食子酸和五倍子的耐洗、耐摩擦色牢度

3 結(jié)論

（1）從五倍子天然染料分離純化得到淡黃色固體，經(jīng)核磁共振、質(zhì)譜等現(xiàn)代波譜技術(shù)鑒定得出所得淡黃色固體為沒食子酸。

（2）沒食子酸在中性及酸性條件下比較穩(wěn)定，在堿性條件下不穩(wěn)定而轉(zhuǎn)化為深顏色物質(zhì)。

（3）根據(jù)五倍子染料，沒食子酸按重量比50∶1分別采用同等工藝條件染色后的表觀深度，耐洗、耐摩擦色牢度值基本接近，可以推斷沒食子酸是五倍子天然染料的主要上染成分。

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MOLECULAR STRUCTURE IDENTIFICATION AND PROPERTIESOF GALLIC ACID FROM GALLA CHINENSIS

HE Li-qing1,SHE Zhi-gang2
(1.Guangdong Polytechnic College,Foshan Guangdong 528000,China.2.College of Chemistry,Sun Yat-sen University, Guangzhou Guangdong 510275,China)

The gallic acid was isolated from the natural dye Galla chinensis and itsmolecular structure was identified by nuclear magnetic resonance,mass spectrometry and other modern spectroscopic technology. Color variations and dyeing experiments were studied under different PH conditions.Through dyeing experiments,the gallic acid is themain chinese gall dyes dyeing composition could be speculated.

galla chinensis,gallic acid,structure identification,dyeing

TS193.62

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2017.02.002

1672-500X(2017)02-0005-05

2017-05-26

何麗清 (1975-)，女，廣東韶關(guān)人，副教授。從事染整新技術(shù)教學(xué)與開發(fā)應(yīng)用。

廣東省高職院校第一批省級品牌專業(yè)染整技術(shù)專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，粵教高函【2016】114