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(yè)技術(shù)學(xué)院, 山西 臨汾 041000； 2.上海大學(xué) 醫(yī)學(xué)院 ，上海 200444)

離子液體具有穩(wěn)定性好、可設(shè)計(jì)性、可溶解等優(yōu)點(diǎn)，其用于提取天然產(chǎn)物中發(fā)揮著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。天然產(chǎn)物是指自動(dòng)物或者植物內(nèi)提取適量的內(nèi)源性化學(xué)成分，這些物質(zhì)發(fā)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(chǎn)物廣泛保存在植物細(xì)胞中，由纖維素構(gòu)成的細(xì)胞壁成為提取天然產(chǎn)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(jī)械粉碎等方式將纖維素結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，提升天然產(chǎn)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(guān)鍵。離子液體又被稱為室溫離子液體等，主要由有機(jī)陰、陽(yáng)離子及無機(jī)陰離子構(gòu)成，處于室溫或近乎室溫狀態(tài)下得到液態(tài)物質(zhì)。有研究表明，咪唑類離子液體用于處理纖維，發(fā)現(xiàn)其具有溶解能力好等特點(diǎn)，為提取天然產(chǎn)物提供新的發(fā)展方向。

1 離子液體用于提取天然產(chǎn)物主要種類

與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑比較，離子液體展現(xiàn)出熱穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)低、可設(shè)計(jì)性等，采用這種方法提取分離操作中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，與其他技術(shù)合理結(jié)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(yáng)離子溶解操作時(shí)，可能與纖維素組成絡(luò)合結(jié)構(gòu)，有利于破壞纖維素各分子間的氫鍵發(fā)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(chǎn)物常用的溶劑，其能有效簡(jiǎn)化樣品預(yù)處理、提升提取率等操作。利用咪唑類離子液體對(duì)天然產(chǎn)物成分進(jìn)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(tǒng)提取方式

傳統(tǒng)用于提取天然產(chǎn)物的主要方法包含超聲波、有機(jī)溶劑提取、微波輔助萃取法等，以上方法各有其優(yōu)勢(shì)。其中，熱水提取法主要特點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)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(jī)溶劑提取法中的溶劑回收、干燥等操作簡(jiǎn)單易行，但有機(jī)溶劑容易恢復(fù)、損耗較大，且會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。超聲波提取法展現(xiàn)出省時(shí)、提取效率高、溶劑損耗少等優(yōu)點(diǎn)，但這種方法具體應(yīng)用中會(huì)受裝置、設(shè)備等方面的限制。微波輔助萃取法是指通過微波加熱促進(jìn)溶液對(duì)于樣品中目標(biāo)物的萃取。綜合分析發(fā)現(xiàn)，超聲波、微波輔助這2種提取方式的主要優(yōu)勢(shì)為操作簡(jiǎn)單、提取操作時(shí)間短等，得以廣泛用于天然產(chǎn)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(diǎn)：溶解度好、飽和蒸氣壓低，在越來越多的研究中得到應(yīng)用。離子液體是傳統(tǒng)容易恢復(fù)、有毒溶劑的替代品，其在化學(xué)反應(yīng)、分離過程、有機(jī)合成等方面得到推廣使用。有研究指出，與傳統(tǒng)有機(jī)溶劑比較，離子液體具有用量少、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在天然產(chǎn)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(duì)于環(huán)境比較友好，可適當(dāng)增加提取化合物的范圍及提取效率，成為比較優(yōu)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(yáng)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(fā)現(xiàn)僅有2個(gè)對(duì)植物次生代謝物的提取效果較好。對(duì)于不同陽(yáng)性、陰性離子液體對(duì)植物次生代謝物提取展開研究可知，與陽(yáng)離子比較，陰離子對(duì)提取植物次生代謝物影響更大，其疏水作用明顯優(yōu)于陽(yáng)離子。加之，此研究還證實(shí)陽(yáng)離子碳鏈長(zhǎng)度增加，會(huì)在一定程度上增加離子液體黏度及其疏水性，導(dǎo)致傳質(zhì)推動(dòng)力下降，無法獲得理想的提取效果。研究不同陰陽(yáng)離子堿性對(duì)于植物次生代謝物影響可知，陰性離子堿性對(duì)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(qiáng)，其能獲得更好的植物次生代謝物提取效果。若應(yīng)用[Bmim]Br、[Hmim]Br、[Hmim]BF、[Bmim]BF4種離子液體作為萃取劑，結(jié)合微波法用于提取天然化合物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，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(yáng)離子結(jié)構(gòu)一樣的條件下，陰離子對(duì)于天然化合物提取的影響為Br>BF。研究還指出，陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)對(duì)于天然化合物提取效果的影響更好，其影響關(guān)系：[Hmim]>[Bmim]。深入分析可知，因[Hmim]的碳鏈明顯長(zhǎng)于[Bmim]，碳鏈越長(zhǎng)表明其非極性更強(qiáng)，對(duì)于提取天然化合物更有利。自天然產(chǎn)物提取天然化合物中咪唑類離子液體碳鏈長(zhǎng)度會(huì)對(duì)提取效果產(chǎn)生顯著的影響。由于離子液體碳鏈長(zhǎng)度的增加，天然化合物提取效率隨之升高。碳鏈增長(zhǎng)會(huì)在一定程度上增加離子液體與溶質(zhì)的作用位點(diǎn)，使得分子間的力有所增強(qiáng)。當(dāng)碳鏈較長(zhǎng)其黏度增加，傳質(zhì)推動(dòng)力明顯削減，這種背景下會(huì)對(duì)提取率產(chǎn)生影響。在挑選碳鏈長(zhǎng)度時(shí)，必須綜合分析陰離子結(jié)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(chǎn)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(diǎn)，滿足提取天然化合物相關(guān)要求。

4 咪唑類離子液體發(fā)展方向分析

為有效解決咪唑類離子液體用于提取天然產(chǎn)物中出現(xiàn)的一系列問題，研究一種環(huán)保、合成的的新型離子液體，對(duì)于提升天然產(chǎn)物提取效率、開展提取處理中重復(fù)利用離子液體，這也是咪唑類離子液體未來一段時(shí)期的發(fā)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(huì)在一定程度上危害環(huán)境內(nèi)的微生物、水生物等。加之，離子液體內(nèi)的陽(yáng)離子核、陰離子等均會(huì)對(duì)毒性有所影響。從環(huán)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(huán)保等方式，如：綠色溶液反應(yīng)、原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)等實(shí)現(xiàn)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(xiàn)出低毒性、相容性好等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)期的研發(fā)發(fā)現(xiàn)，其用在天然產(chǎn)物提取中展現(xiàn)出良好的前景。

現(xiàn)階段，通過合成處理獲得的離子液體，與傳統(tǒng)溶劑相比，價(jià)格較高。因此，想要推進(jìn)離子液體規(guī)?；l(fā)展，必須注重離子液體實(shí)現(xiàn)巡回利用。由于離子液體的黏度較大，開展提取操作后與產(chǎn)物難以實(shí)施分離，容易發(fā)生離子液體回收困難的問題。開展提取時(shí)，離子液體容易與溶劑共用。分析其結(jié)構(gòu)可知，這種離子液體與水、酮、醇等溶劑均有良好的相溶性，導(dǎo)致離子液體會(huì)殘留在上述溶劑內(nèi)，在一定程度上污染環(huán)境。

對(duì)離子液體進(jìn)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(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，因此，如何有效回收離子液體，這也成為研發(fā)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(diǎn)雜質(zhì)，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(duì)混合物內(nèi)的單一或多種組分進(jìn)行吸附，有利于回收離子液體。在此基礎(chǔ)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(dá)89%。必須注意，用來回收離子液體所用成本偏高，必須進(jìn)行深入的研究和分析，進(jìn)而加大離子液體回收效率及規(guī)模。在此基礎(chǔ)上，研發(fā)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(guān)鍵。有研究指出，離子液體內(nèi)引進(jìn)磁性基團(tuán)能有效合成相應(yīng)的磁性離子液體，有效調(diào)節(jié)外界的磁場(chǎng)強(qiáng)度，并由溶液內(nèi)對(duì)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(yáng)離子中加入部分特殊的基團(tuán)集合構(gòu)成高分子聚合物。這種新研發(fā)的高分子離子液體，可以保存咪唑環(huán)中活性N原子，其進(jìn)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(shí)現(xiàn)效率控制，確保離子液體的回收及再利用。借助包含咪唑陽(yáng)離子液體和與乙腈相結(jié)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(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。

5 結(jié)語(yǔ)

通過咪唑類離子液體提取天然產(chǎn)物內(nèi)的物質(zhì)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(chǎn)物提取面臨一定的瓶頸。隨著相關(guān)研究日益增多，咪唑類離子液體提取出現(xiàn)的問題得到解決，借助離子液體良好的設(shè)計(jì)性有利于研發(fā)出更環(huán)保、便于回收的提取劑，成為高效分離提取天然產(chǎn)物領(lǐng)域日后發(fā)展的方向。