Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Lời cảm ơn Luận văn này đợc hoàn thành tại bộ môn Hoá hữu cơ, phòng thí nghiệm Hoá hữu cơ-Trờng Đại Học Vinh, Trung tâm giáo dục và phát triển sắc ký Việt Nam. Với lòng kinh trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn: - PGS. TS. NGƯT. Lê Văn Hạc đã giao đề tài và hớng dẫn hết sức tận tình chu đáo trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. - GS. TSKH Nguyễn Xuân Dũng giảng viên Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội đã giúp tôi chụp phổ đồ. - TS. Hoàng Văn Lựu- Phó trởng Khoa Hoá - Trờng Đại Học Vinh. - Th.s Lê Đức Giang đã đóng góp nhiều ý kiến quan trọng và cung cấp nhiều t liệu giúp tôi hoàn thành luận văn này. - GS. TS. Ngô Trực Nhã - Bộ môn thực vật Khoa Sinh Trờng Đại Học Vinh đã xác định tên Khoa học mẫu thực vật giúp tôi. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa hoá nói chung, các thầy cô trong tổ chuyên môn và các thầy cô ở phòng thí nghiệm hoá hữu cơ nói riêng đã tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thàn luận văn này. Cuối cùng tôi bày tỏ lòng biết ơn tới bố mẹ và bạn bè đã động viên giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Vinh, ngày 30 tháng 04 năm 2004 Sinh viên : Nguyễn Văn Sơn Nguyễn Văn Sơn 1 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Mục lục Mục đề trang Lời cảm ơn 1 Phần I: mở đầu 5 I.1 lý do chọn đề tài ,, I.1.1 mục đích nghiên cứu 6 Phần II: tổng quan 7 II.1vài nét chung về tinh dầu ,, II.1.1 trạng thái tự nhiên và phân bố của tinh dầu ,, II.1.2 tính chất vật lý của tinh dầu 8 II.1.3 thành phần hoá học của tinh dầu ,, II.2 vài nét về thực vật học và hoá học các cây họ cúc 9 II.3. vài nét vể thực vật học và hoá học chi eupatorium(tông Epatoriae họ Cúc) 10 II.4. cây mần tới trắng 12 II.4.1. vài nét chung về cây mần tới trắng 13 II.4.1.1. đặc điểm thực vật ,, II.4.1.2. phân bố thu hái và chế biến ,, II.4.1.3. tác dụng sinh học của cây mần tới trắng ,, II.5. các hợp chất đã đợc phát hiện trong cây mần tới trắng 14 II.6. một số nét cơ bản về lý thuyết sắc ký và phơng pháp khối phổ 17 II.6.1. một số nét cơ bản về lý thuyết sắc ký ,, II.6.1.1. bản chất của sắc ký khí 18 II.6.1.2. u điểm của sắc ký khí 21 II.6.2.phơng pháp khối phổ 22 II.6.2.1. nguyên tắc chung ,, II.2.2. sự phân mảnh phân tử trong khối phổ 23 II.6.2.3. xét đoán cấu trúc phân tử 25 II.6.3. phơng pháp sắc ký khí- khối phổ liên hợp(GC-MS) 26 II.7. các phơng pháp tách tinh dầu 27 II.7.1. yêu cầu của phơng pháp ,, II.7.1.2. phơng pháp kéo bằng hơi nớc 28 II.7.1.3. phơng pháp ép ,, Nguyễn Văn Sơn 2 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ II.7.1.4. phơng pháp hoà tan 29 II.7.1.5. phơng pháp ớp ,, II.7.1.6. phơng pháp lên men 30 II.7.1.7. bảo quản tinh dầu ,, II.8. phơng pháp thực nghiệm ,, II.8.1. phơng pháp lấy mẫu và xác định tên khoa học ,, II.8.2 phơng pháp định lợng tinh dầu 31 II.8.3. phơng pháp xác định thành phần hoá học 32 Phần III. Thực nghiệm ,, III.1. hoá chất, dụng cụ và thiết bị ,, III.1.1. hoá chất ,, III.1.2. dụng cụ và thiết bị máy móc ,, III.2. thu hái và bảo quản cây ,, III.2.1. địa điểm và thời gian thu hái 32 III.2.2. cách bảo quản mẫu ,, III.3. thí nghiệm tách tinh dầu 33 Phần IV: kết quả và thảo luận 34 Phần V: kết luận 45 Tài liệu tham khảo 47 Nguyễn Văn Sơn 3 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Phần i : Mở đầu i.1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là nớc có khí hậu nhiệt đới gió mùa là giao của nhiều luồng di c sinh vật, nên giới thực vật rất phong phú và đa dạng, đặc biệt là cây tinh dầu và cây thuốc. Theo kết quả nghiên cứu điều tra của các nhà khoa học thì đến nay nớc ta có khoảng 1850 loài cây thuốc phân bố trong 244 họ thực vật [1] và khoảng 600 cây tinh dầu [7,16,17] . Việc sử dụng chúng làm thuốc đã có quá trình lịch sử hàng nghìn năm nhng sự hiểu biết về thành phần hoá học của chúng thì còn rất hạn chế. Trong hệ thực vật Việt Nam, các cây họ Cúc rất phong phú và đa dạng về mặt chủng loại và chiếm một phần đáng kể trong toàn bộ thảm thực vật và có tới 336 loài [2] trong đó có 96 loài đợc làm thuốc chữa bệnh nên là đối tợng của nhiều ngời quan tâm. Cây mần tới trắng (eupatorium stoechadosmum Hance) là cây thuốc thuộc chi Eupatorium (họ Cúc) đợc trồng khá phổ biến ở nớc ta. Từ lâu nhân dân ta đã sử dụng cây mần tới để chữa một số bệnh nh điều kinh, lợi tiểu, chữa sốt, bổ dạ dày, dùng cho phụ nữ đẻ đau bụng, do ứ huyết ,chữa bệnh lở ngoài da, trừ mạt, rệp, ở Nhật Bản ngời ta còn dùng để làm hơng. Cho đến nay việc nghiên cứu cơ bản về thành phần hoá học của tinh dầu cây mần tới trắng ở nớc ta cũng nh ở trên thế giới còn cha đầy đủ.ở Việt Nam chỉ mới có tác giả [14] nghiên cứu phần tan trong nớc cây mần tới trắng và tác giả [3] nghiên cứu hàm lợng và thành phần hoá học của cây mần tới trắng. Trên thế giới có một số công trình nghiên cứu về thành phần hoá học của cây mần tới trắng [22, 23, 24]. Xuất phát từ tình hình thực tế nh trên nên tôi chọn đề tài : Nguyễn Văn Sơn 4 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu Cây Mần Tới Trắng ( eupatorium stoechadosmum hance) ở thạch thành thanh hoá I .2 . Mục đích nghiên cứu - Xác định hàm lợng tinh dầu của cây mần tới trắng bằng phơng pháp lôi cuốn hơi nớc. - Xác định thành phần hoá học của tinh dầu các cây mần tới trắng để từ đó tìm ra những hợp chất chính hay hợp chất chìa khoá của chúng góp phần vào việc phân loại thực vật bằng hoá học. - Phát hiện những hợp chất có giá trị để giới thiệu chúng với t cách là nguyên liệu cho hoá dợc , hoá mỹ phẩm . Nguyễn Văn Sơn 5 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Phần II : Tổng quan II.1 . Vài nét chung về tinh dầu Tinh dầu hay còn gọi là tinh du, hơng du là những hợp chất có mùi thơm hoặc mùi hắc khó chịu thờng gặp trong thực vật hay động vật. Thí dụ : Tinh dầu bạc hà, tinh dầu hoa hồng, tinh dầu con cà cuống [4] Tinh dầu bay hơi cùng với nớc nếu ta nhỏ một giọt tinh dầu lên giấy lọc thì cho ta một vết tròn trong suốt, rất dễ biến mất. Vì thế ngời ta dùng danh từ huile essential hay là huile volatile (nghĩa là dầu bay hơi), cho tinh dầu để phân biệt với danh từ oleum hay huile cho dầu béo nh : dầu lạc, thầu dầu II. 1. 1. Trạng thái tự nhiên và phân bố của tinh dầu Trong tự nhiên, tinh dầu ở trạng thái tiềm tàng hoặc tự do. Tinh dầu ở trạng thái tiềm tàng vốn không phải là thành phần bình thờng trong cây, mà chỉ có ở một số bộ phận. Thí dụ : Nh tinh dầu hạt mơ, hạt đào (anđehit) xuất hiện do tác dụng của một chất men gọi là emulsin trên một heterozit gọi là amygdalin. Tinh dầu ở trạng thái tự do trong cây có thể đợc tạo thành và tập trung ở những tế bào trông giống nh những tế bào khác của cây hoặc lớn hơn (họ Long não). Nhng thờng tinh dầu ở trạng thái tự do đợc tập trung ở những cơ quan bài tiết của những cây thuộc họ hoa môi. Trong họ Cúc, tinh dầu tập trung dới lớp cutin trong túi bài tiết liệt sinh. Về mặt phân bố, tinh dầu có nhiều trong các cây và một số động vật. ở cây hay ở trong cơ thể động vật tinh dầu nằm ở một số bộ phận nhất định. Có ở cánh hoa (hoa hồng, hoa bởi, hoa nhài), ở vỏ quả (bởi, cam, quýt ), gỗ (bạch đàn), rễ (nghệ), lá (lá vối, trám, trầu ), nhựa (thông), hạt (nhục đầu khấu, thầu dầu). Nguyễn Văn Sơn 6 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Tỷ lệ tinh dầu có trong thực vật không cao lắm, có những tinh dầu chứa rất thấp nh hoa hồng 0,03% cũng có loại thực vật chứa nhiều tinh dầu nh nụ cây đinh lăng 23%. Trong cùng một loại cây, thành phần tinh dầu ở những bộ phận khác nhau và tuỳ thuộc vào điều kiện sinh sống, cách thu hái, mùa, mà thành phần tinh dầu thay đổi. Trong những vùng khí hậu nhiệt đới, hàm lợng tinh dầu cao hơn những vùng khác. II .1. 2. Tính chất vật lý của tinh dầu - Điều kiện thờng tinh dầu ở trạng thái lỏng, có một số tinh dầu có một phần lỏng và một phần đặc (tinh dầu bạc hà, tinh dầu long não ) có mùi thơm đặc tr ng, ít khi có màu hoặc chỉ có màu vàng nhạt (ngoại trừ tinh dầu quế có màu nâu cánh gián, những tinh dầu chứa azulen có màu xanh, tinh dầu thanh dơng bồ có màu đỏ sẫm.). - Tỉ trọng thấp hơn nớc (tinh dầu quế nặng hơn nớc). Có chỉ số khúc xạ và th- ờng có năng suất quay cực. - Về nhiệt độ sôi : Vì tinh dầu là một hỗn hợp nên không có nhiệt độ sôi, chỉ số khúc xạ, chỉ số quay cực nhất định. Nhng chỉ thay đổi trong một giới hạn nhất định tuỳ thuộc vào từng loại tinh dầu cụ thể. Có thể chng cất phân đoạn để tách riêng các thành phần khác nhau trong tinh dầu. - Tinh dầu cháy với ngọn lửa sáng nhiều mụi, tinh dầu là chất dễ bay hơi, tinh dầu ít tan trong nớc nhng làm cho nớc có mùi thơm, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ nh : cồn, ete, CCl 4 . cho nên ngời ta có thể dùng dung môi hữu cơ để chiết một số tinh dầu thực vật [1, 2]. Nguyễn Văn Sơn 7 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ II.1. 3. Thành phần hoá học của tinh dầu Tinh dầu là hỗn hợp những hợp chất hữu cơ phức tạp đợc sinh ra trong quá trình phát triển của thực vật, động vật. Một số tinh dầu chỉ có một hoạt chất nh nh tinh dầu hạt mơ, hạt đào, hạt cải. Nhng phần lớn tinh dầu là hỗn hợp của nhiều hoạt chất với những tỷ lệ thay đổi, thành phần quan trọng nhất (về phơng diện thơm) có khi chỉ ở một tỷ lệ thấp. Thành phần hoá học trong tinh dầu bao gồm: những hiđrocacbon, rợu tự do hay ở dạng este, phenol, anđehit, xeton, các axit ở dạng este, hợp chất chứa nitơ, hợp chất chứa lu huỳnh, hợp chất chứa halogen. Các hiđrocacbon béo thờng xuất hiện ít, phần nhiều là những hiđrocacbon thơm hoặc nhóm hiđrocacbon tecpenic. Sau đây là một số hợp chất hữu cơ chính thờng gặp trong tinh dầu : - Hiđrocacbon : hiđrocacbon tecpenic (loại này chiếm nhiều nhất), limonen, - pinen, camphen, caryophylen, sylvesten, humulen, facnesen, gecmacren. - Hiđrocacbon no : heptan, parafin. - Rợu : metylic, etylic, xitronelol, xinamic, geraniol, nerol, linalol, bocneol, tecpineol, mentol, santalol, xineol, farnesol, nerolidol - Phenol và ete phenolic : anetol, eugenol, safrol - Anđehit : anđehit benzoic, anđehit xinamic, anđehit salisilic, xitral, xitronellal . - Xeton : meton, campho, thuyon, , -ionon, -damacon . - Axit (dới dạng este) : axit axetic, butylic, valerianic, benzoic, xinamic, salixilic, focmic - Những hợp chất chứa nitơ, lu huỳnh, halogen : Nguyễn Văn Sơn 8 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ Các tinh dầu chứ lu huỳnh có trong họ cây Chữ thập (Cruciferac) có một số cấu trúc đặc biệt gọi là senerol tức là este của axit izosunfoxianic. - Cumarin : becgapten, ombelliferon. Nhận xét : Từ thành phần hoá học của tinh dầu ta thấy trong các thành phần trên thờng este chiếm tỷ lệ cao nhất rồi đến các rợu, anđehit và các hợp chất khác. - Tinh dầu để lâu bị oxi hóa chuyển thành nhựa và axit. - Những thành phần khác nhau có thể cho mùi giống nhau. Vì vậy ngời ta có thể chế các chất hoá học thay tinh dầu thiên nhiên hiếm có hoặc khó chiết xuất. - Do các chất cấu tạo trong tinh dầu mà nó dễ bị sức nóng và hơi nớc làm thay đổi thành phần hoá học dẫn đến thay đổi mùi. - Tinh dầu có rất nhiều ứng dụng trong đời sống, trong công nghiệp dợc phẩm đa số là các vị thuốc quý. Tinh dầu có nhiều ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, làm hơng liệu trong công nghiệp mỹ phẩm, rợu mùi và làm dung môi hữu cơ. [4] II. 2. Vài nét về thực vật học và hoá học các cây họ cúc. Họ Cúc (Compositae hay asteraceae) là một trong những họ lớn nhất của nghành thực vật hạt kín. Đó là một họ quan trọng của hệ thực vật trên thế giới cũng nh hệ thực vật ở Việt Nam. Theo M.E. Kirpicznikov (1981) họ cúc có khoảng 1150 đến 1300 chi với hơn 2000 loài, phân bố rộng rãi trên toàn thế giới nhất là ở vùng khí hậu á nhiệt đới và ôn đới. [2] ở Việt Nam có hai phân họ, 13 tông, 114 chi và 336 loài [3] phân bố khắp mọi nơi từ những miền đất cát ven biển đến những vùng núi cao trên 3000m. Trong số 336 loài thì có 161 loài đã biết giá trị kinh tế chiếm 50% số loài : - Cây thuốc : 69 loài. - Cây cảnh : 28 loài. - Cây tinh dầu và dầu béo : 12 loài. Nguyễn Văn Sơn 9 Luận văn tốt nghiệp CNKH Chuyên ngành Hữu Cơ - Cây rau ăn : 30 loài. - Cây có tác dụng trừ sâu, diệt côn trùng : 5 loài. - Cây làm phân xanh : 5 loài. [3] Các cây họ này thờng thuộc thảo, ít khi lá cây to, rễ thờng phồng lên thành củ, lá đơn và thờng mọc so le, ít khi mọc đối, có khi thành hình hoa thị, không có lá kèm. Phiến lá ít khi nguyên thờng khứa răng ca hay chia thuỳ. Cụm hoa : đầu gồm nhiều hoa mọc ở kẽ những vẩy và bao bọc bởi một tổng bao lá bắc. Hoa có thể đều, hình ống, hay không đều, hình lỡi nhỏ. Năm cánh liền nhau thành một hàng hình ống hay lỡi nhỏ. Năm nhuỵ liền nhau bởi bao phấn thành một ống. Hai lá noãn bầu hạ một ổ đựng một noãn bầu dài, đầu nhuỵ xẻ đôi, có lông thu. Một số cây có ống nhựa mủ, một số loài khác có ống tiết. Chất dự trữ trong củ là inulin [5] Theo F. Bohlman và các cộng sự đã phân lập đợc từ họ cúc trên 2500 hợp chất mới và xác định cấu trúc của chúng [22]. Trong công trình này ông đã nghiên cứu các loài thực vật họ cúc ở Châu Âu, ở Trung và Nam Mỹ cũng nh ở vùng Nam Phi. Quá trình nghiên cứu về thực vật họ cúc ngời ta thấy đặc trng cho họ cúc là các hợp chất : secquitecpen, secquitecpenlacton, cumarin, ancaloit. II. 3. Vài nét về thực vật học và hoá học chi eupatoirium (tông eupatoriae họ cúc) Thực vật họ Cúc đợc chia thành 13 tông. Trong mỗi tông chia thành nhiều chi và mỗi chi lại đợc chia thành nhiều loài khác nhau. Có những tông có nhiều chi nh tông Helianthac có 23 chi nhng ngợc lại có những tông chỉ có một ít chi nh tông Eupatoriae chỉ có 4 chi. [2] Các chi của tông Eupatoriae gồm : - Chi Adenostemma Forst- cúc dính gồm 3 loài, mọc ở ven rừng ẩm, vùng núi thấp. - Chi Ageratum.L- cỏ hôi gồm 2 loài, mọc phổ biến ở đồng bằng đến miền núi. Nguyễn Văn Sơn 10 . Hữu Cơ Nghiên cứu thành phần hoá học của tinh dầu Cây Mần Tới Trắng ( eupatorium stoechadosmum hance) ở thạch thành thanh hoá I .2 . Mục đích nghiên cứu -. phân bố của tinh dầu ,, II.1.2 tính chất vật lý của tinh dầu 8 II.1.3 thành phần hoá học của tinh dầu ,, II.2 vài nét về thực vật học và hoá học các cây họ