Phương pháp chiết xuất Strychnin từ hạt Mã tiền

Những điều cần biết

Cây mã tiền (tên khoa học: Strychnos nux vomica L.), thân gỗ, vỏ thân màu xám, có lỗ bì, cây non thường có gai nhưng rụng đi khi phát triển. Lá hình trứng, hai đầu hơi nhọn, mọc đối xứng. Gân lá hình cung. Hoa hình ống, màu vàng nhạt, mọc thành xim. Cây mã tiền Strychnos nux- vomica L. có nhiều ở Ấn Độ, Sri lanka, Malaysia, Thái Lan, Bắc Australia, ở ta hiện nay mới thấy mọc hoang ở vùng rừng núi các tỉnh phía nam nước ta.

Bộ phận dùng của cây mã tiền là hạt mã tiền được thu hái từ những quả chín.

Mã tiền chưa chế biến thường chỉ dùng ngoài làm thuốc xoa bóp chữa nhức mỏi chân tay do thấp khớp, đau dây thần kinh, … Mã tiền đã chế biến theo y học cổ truyền được dùng để chữa tiêu hóa kém, nhức mỏi tay chân, bại liệt, liệt nửa người, chó dại cắn, …

Mã tiền được dùng làm nguyên liệu chiết xuất strychnin. Strychnin có tác dụng kích thích phản xạ tuỷ, tăng dẫn truyền thần kinh cơ, thường dùng điều trị các trường hợp tê liệt dây thần kinh, suy nhược, đái dầm. Thuốc gây kích thích tiêu hoá, tăng tiết dịch vị, tăng nhu động ruột, giúp ăn ngon dễ tiêu.

Trong hạt mã tiền có 2- 5% alcaloid toàn phần, hai thành phần chính là strychnin và brucin. Ngoài ra còn có một hàm lượng nhỏ các alcaloid khác như vomicin, novacin, colubrin, … Bên cạnh đó, hạt còn chứa một số acid hữu cơ, glycosid, 4- 5% chất béo, nhựa, …

Công thức của Strychnin
Hình ảnh: Công thức của Strychnin

Strychnin – C21H22N2O2:

  • Tính chất: kết tinh thành tinh thể hình lăng trụ trong ethanol, vị rất đắng, nhiệt độ nóng chảy 275- 285 độ C. Dung dịch bão hòa trong nước có pH= 9,5.
  • Độ tan: 1g tan trong 6400 ml nước, 3100 ml nước sôi, 182 ml ethanol, 35 ml ethanol sôi, 6,5 ml cloroform.
  • Dạng dùng: strychnin thường được dùng dưới dạng muối sulfat làm thuốc.
  • Độc tính: mã tiền và strychnin rất độc, với liều 60- 90 mg, strychnin có thể gây liệt hô hấp dẫn đến tử vong.

Strychnin nitrat – C21H22N2O2.HNO3:

  • Tính chất: tinh thể hình kim không màu hoặc bột kết tinh trắng, không mùi, vị đắng, rất độc.
  • Độ tan: 1 g trong 42 ml nước, 10 ml nước sôi, 150 ml ethanol, 80 ml ethanol ở 60 độ C, không tan trong ether, pH của dung dịch khoảng 5,7.

Brucin – C23H26N2O4:

  • Tính chất: kết tinh thành tinh thể hình kim trong hỗn hợp aceton nước. Nhiệt độ nóng chảy 178 độ C. Vị đắng, rất độc. Trở nên khan ở 100 độ C.
  • Độ tan: 1 g tan trong 1320 ml nước, 750 ml nước sôi, 1,3 ml ethanol, 0,8 ml methanol. Dung dịch bão hòa trong nước có pH 9,5.

Brucin nitrat dihydrat – C23H26N2O4. HNO3.2H2O:

  • Tính chất: tinh thể hình lăng trụ, phân hủy ở 230 độ C.
  • Độ tan: dễ tan trong nước hoặc ethanol.

Nguyên liệu, dụng cụ cần chuẩn bị

Nguyên liệu: hạt của cây mã tiền Strychnos nux vomica L. được lựa chọn theo tiêu chuẩn Dược điển Việt Nam V.

Dung môi: dầu hỏa

Hóa chất: vôi bột, natri carbonat, acid sulfuric, acid nitric, than hoạt, giấy đo pH.

Thiết bị, dụng cụ:

  • Thiết bị: máy xay, tủ sấy, hê thống thiết bị chiết nóng, cân đồng hồ 5 kg, cân phân tích, cân kỹ thuật, bơm chân không, phễu lọc buchner, bếp đun cách thủy.
  • Dụng cụ: chai thủy tinh 1L, bình gạn 500 ml, giá đỡ bình gạn, cốc có mỏ 100 ml, 250 ml, 500ml, ống đong 100ml, 250ml, 500ml, 1000ml, giấy lọc.

Sơ đồ quy trình chiết xuất strychnin từ hạt mã tiền

Sơ đồ quy trình chiết xuất strychnin từ hạt mã tiền
Sơ đồ quy trình chiết xuất strychnin từ hạt mã tiền

(1) Rửa, sấy, xay

(2) Trộn đều DL với nước vôi, ủ 24h, làm tơi, khô

(3) Chiết nóng

(4) Lắc dịch chiết với dung dịch acid, gạn, lọc

(5) Điều chỉnh đến pH 10- 11, để kết tủa, lọc, rửa

(6) Hòa vào nước, đun nóng. Thêm acid đến pH 4- 4,5, để kết tinh, lọc.

(7) Tẩy màu, lọc

(8) Điều chỉnh đến pH 10- 11, để kết tủa, lọc, rửa.

(9)Hòa vào nước, đun nóng. Thêm acid đến pH 4- 4,5. Để kết tinh, lọc, sấy.

Mô tả quy trình chiết xuất

Chuẩn bị nguyên liệu

Hạt mã tiền, chọn được loại tốt (hàm lượng khoảng trên 1%), sấy khô ở 60- 80 độ C, xay thành bột khô. Cân bột mã tiền.

Kiềm hóa dược liệu

Mã tiền được trộn đều với dung dịch nước sữa vôi 10%, trộn kỹ cho dược liệu được tiếp xúc, thấm đều và thành khối bột ẩm đồng nhất. Ủ bột ẩm trong khoảng 24 giờ. Sau đó làm tơi và hong khô, cho vào khay inox sấy ở 60-700C.

Sữa vôi là tác nhân kiềm hóa dược liệu, có tính base trung bình. Đây là một nguyên liệu với ưu điểm là sẵn có và rẻ tiền. Đồng thời quá trình ủ để làm ẩm dược liệu còn có vai trò làm trương nở và rộng khe tế bào, giúp tăng tốc độ khuếch tán hoạt chất, tăng hiệu suất chiết.

Tỷ lệ giữa dung dịch sữa vôi với lượng dược liệu đem đi chiết, hay thời gian ủ (nếu ngắn sẽ không đủ để kiềm hóa hết alcaloid, ngược lại quá lâu sẽ tốn thời gian) có thể ảnh hưởng đến chất lượng của giai đoạn kiềm hóa dược liệu. Sau kiềm hóa, alcaloid trong dược liệu tồn tại ở dạng base.

Chiết xuất

Nguyên tắc chiết:

Chiết bằng dung môi dầu hỏa với phương pháp ngâm nóng ở 90-1000C. Đây là phương pháp ngâm trên nhiệt độ phòng, nhằm rút ngắn thời gian chiết với nguyên tắc chung: cho dược liệu đã chia nhỏ tiếp xúc với dung môi trong thời gian nhất định, hết thời gian ngâm tiến hành rút lấy dịch chiết, ép bã lấy dịch ép, để lắng gạn hoặc lọc lấy dịch trong.

Số lần chiết: 2- 3 lần. Thời gian chiết: 1,5 – 2 giờ/ lần.

Phương pháp chiết xuất ngâm có nhiều ưu điểm như đơn giản về thiết bị, phương pháp, kiểm soát quy trình; thích hợp cho nhiều loại dược liệu, nhiều loại dung môi; dễ nâng quy mô. Tuy nhiên bên cạnh đó, phương pháp cũng có nhược điểm: năng suất thấp, thao tác thủ công, chiết nhiều lần sẽ gây tốn dung môi, thời gian, dịch chiết có thể loãng.

Tiến hành:

Cho dược liệu đã kiềm hóa vào vào thiết bị chiết nóng, thêm dầu hỏa, khuấy trộn bằng đũa thủy tinh để dung môi tiếp xúc tốt với mã tiền đã kiềm hóa. Rồi cho lên bếp cách thủy và lắp hệ thống ống sinh hàn. Cấp nhiệt để đảm bảo nhiệt độ 90-1000C. Rút dịch chiết sau khi chiết đủ thời gian quy định. Tiến hành chiết lần 2 và lần 3 có thêm dung môi mới.

Với dung môi chiết xuất là dầu hỏa (dung môi không phân cực), dễ hòa tan alcaloid dạng base, tuy nhiên chúng dễ gây cháy nổ.

Có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình chiết xuất, như:

  • Loại dung môi chiết
  • tỷ lệ dung môi/ dược liệu. Tỷ lê này tăng sẽ làm cho lượng hoạt chất hòa tan tăng, tăng hiệu suất chiết, nhưng nếu dùng nhiều quá sẽ gây loãng dịch chiết, dẫn đến khó thu sản phẩm, tốn năng lượng thời gian loại dung môi, dịch lẫn nhiều tạp.
  • Số lần chiết. Tăng số lần chiết sẽ tăng hiệu suất chiết khi dược liệu được tăng tiếp xúc với dung môi mới, nhưng chiết nhiều lần sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định của hoạt chất, hoặc gây dịch chiết loãng.
  • Nhiệt độ chiết. Nhiệt độ tăng sẽ tăng độ tan, khuếch tán hoạt chất, rút ngắn thời gian chiết và tăng hiệu suất chiết, tuy nhiên cùng với đó có thể tạp chất cũng tăng tan, dễ bay hơi và hao hụt dung môi.
  • Thời gian chiết. Thời gian chiết quá lâu, tỷ lệ hoạt chất không tăng, ngược lại sẽ tăng tỷ lệ tạp chất.

Phân lập alcaloid toàn phần

Tạo muối sulfat tan trong nước của alkaloid:

Cho khoảng 300 ml dung dịch H2SO4 1% vào chai thủy tinh nút kín, lắc kỹ, liên tục 15’ để tăng tiếp xúc giữa 2 pha, tăng hiệu suất chiết. Để yên cho phân lớp. Sau đó gạn lớp acid và phần nhũ hóa vào cốc có mỏ 500ml. Pha dầu hỏa có thể tái sử dụng làm dung môi chiết cho mẻ sau. Ở giai đoạn này có thể loại một số tạp chất thân dầu như chất béo, nhựa, … Dịch thu được lọc trong để loại bỏ những tạp chất lơ lửng có trong dịch chiết.

Tạo tủa alkaloid toàn phần:

Lớp nước acid ở trên được thêm dung dịch Na2CO3 bão hòa đến khi pH 10- 11. Lượng dung dịch natri carbonat bão hòa được sử dụng với một lượng vừa đủ tùy theo lượng alcaloid có trong dịch chiết. Các alcaloid sẽ kết tủa ở dạng base. Lọc hoặc vẩy ly tâm lấy tủa. Dùng nước rửa sạch tủa, thu lấy alcaloid toàn phần.

Phương pháp tinh chế alcaloid được sử dụng ở đây đó là chuyển qua lại nhiều lần giữa dạng base và dạng muối.

Phân lập strychnin

Nguyên tắc: Hai thành phần chủ yếu trong alcaloid toàn phần của hạt mã tiền lá strychnin và brucin. Muối strychnin nitrat ít tan trong nước (độ tan 1/42), brucin nitrat dễ tan và khó kết tinh trong nước. Do vậy, phân lập strychnin từ alcaloid toàn phần bằng phương pháp kết tinh ở dạng muối nitrat trong nước. Loại brucin dựa vào độ tan khác nhau của các muối. Muối strychnin nitrat sẽ kết tinh lại, còn muối brucin nitrat sẽ ở phần nước cái.

Tiến hành: Hòa tủa alcaloid vào một lượng nước vừa đủ ngập tủa (nhằm phân tán tủa, pha loãng dung dịch HNO3 sẽ cho vào lúc sau, giúp tủa tiếp xúc với dung dịch acid một cách đều, tránh hiện tượng acid cục bộ), đun trong nồi cách thủy, vừa khuấy vừa nhỏ dần dung dịch HNO3. 3% (khoảng 20ml) cho đến khi tủa tan hết và dung dịch đạt pH= 4 – 4,5 (chú ý nếu đủ pH mà tủa vẫn chưa tan hết thì phải bổ sung thêm nước cho đến khi tan hết do hỗn hợp quá đậm đặc, nếu dung dịch bị loãng thì phải cô bớt để tạo dung dịch bão hòa). Để kết tinh qua đêm sẽ thu được strychnin nitrat tinh thể hình kim, thường kết thành chùm. Lọc lấy tinh thể qua phễu buchner nhỏ. Rửa tinh thể bằng nước lạnh (dùng ít nước, tránh hòa tan strychnin nitrat, làm giảm hiệu suất). Loại bỏ nước cái, thu strychnin nitrat thô.

Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình tạo muối nitrat của alcaloid như: nhiệt độ (luôn nóng đều đặn, tránh bị thay đổi nhiều trong quá trình), khuấy trộn HNO3 để tăng tiếp xúc đều, thể tích nước khi phân tán (nếu quá ít sẽ không đủ phân tán và hòa tan tủa, quá nhiều sẽ gây mất sản phẩm do không tủa hết lại được), thời gian đun trong nồi cách thủy (quá lâu sẽ khiến nước bị bốc hơi).

Thử brucin: nhỏ 1 giọt dung dịch HNO3. đặc vào 1 vài hạt tinh thể sản phẩm strychnin, nếu có brucin sẽ thấy xuất hiện màu đỏ hoặc hồng.

Tẩy màu và kết tinh lại

Trước tiên phải hòa tan nóng tinh thể strychnin nitrat thô vào một lượng nước vừa đủ, đun trong nồi cách thủy, khuấy cho tan hết. Sau đó thêm than hoạt, khuấy 10- 15 phút. Các dụng cụ phải tráng hoặc nhúng nước nóng để tiến hành lọc nóng, rửa bã bằng nước cất sôi (nước rửa đồng thời là nước tráng cốc). Làm nóng dụng cụ, lọc nóng lấy dich trong vì nếu nguội có thể sẽ gây kết tinh strychnin nitrat lẫn theo tạp than hoạt.

Chuyển từ dạng muối sang dạng base: Dùng dung dịch Na2CO3 bão hòa cho tác dụng với dịch lọc trên, kiềm hóa dịch lọc đến pH = 10 -11. Để nguội cho tủa hết. Lọc lấy tủa base, rửa tủa bằng nước cất. Loại bỏ nước cái và nước rửa.

Điều chế strychnin sulfat

Cho một lượng nước vào tủa trên sao cho vừa đủ ngập tủa, đun trong nồi cách thủy, vừa khuấy vừa thêm dung dịch H2SO4 3% cho đến khi tủa tan hết và dung dịch có pH = 4 – 4,5. Để kết tinh qua đêm. Lọc lấy tinh thể, rửa bằng nước lạnh. Sấy ở 60 – 700C thu được strychnin sulfat tinh khiết, kết tinh dạng pentahydrat. Bảo quản trong bao bì kín, tránh ánh sáng.

An toàn lao động

  • Hệ thống thiết bị chiết nóng dễ gây bỏng cho người thao tác
  • Dầu hỏa là dung môi độc, dễ cháy, có mùi khó chịu
  • Acid sulfuric đặc gây bỏng sâu, nguy hiểm, acid sulfuric loãng gây kích ứng da
  • Acid nitric dễ bay hơi, độc, kích ứng niêm mạc.

Xem thêm: Phương pháp tổng hợp Aspirin trong phòng thí nghiệm

Ngày viết:

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *