天然冰片的精制工藝優(yōu)化研究

何洪城， 崔 琳， 陳茜文， 鄧臘云

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學材料科學與工程學院， 湖南 長沙 410004)

天然冰片的精制工藝優(yōu)化研究

何洪城1， 崔 琳2， 陳茜文2， 鄧臘云1

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學材料科學與工程學院， 湖南 長沙 410004)

以湖南省新晃縣天然冰片(龍腦)粗品為原料，研究其結(jié)晶方法的精制工藝。結(jié)果表明：以120#汽油為溶劑結(jié)晶的產(chǎn)品晶型最好，得率及純度都較高；最佳精制工藝條件為：結(jié)晶時間6d，結(jié)晶溫度9℃，結(jié)晶固液配比為1∶1。經(jīng)氣相色譜檢測，結(jié)晶產(chǎn)品的純度可達95%以上，得率可達90%以上。

天然冰片； 龍腦； 樟腦； 精制工藝； 優(yōu)化

天然冰片(d-Borneol)又稱右旋龍腦、龍腦香、梅花冰片、梅花腦、梅片，是名貴中藥材之一?；瘜W學名莰醇，分子式為C10H18O， 為白色半透明晶體, 有似樟腦氣味,能升華。商業(yè)上以天然右旋龍腦價格最高，藥用效果最佳[1,2]。據(jù)《中藥大辭典》記載，該藥品通諸竅、散郁火、去翳明目、消腫止痛，還有開竅醒神、消熱解毒、消炎止痛、化腐生肌、祛風化痰、抗癌治癌等藥用功能[3-4]。“中國癌癥網(wǎng)”報道，已有多個添加天然d-龍腦的藥物配方被研制出來，在用于治療直腸癌、宮頸癌、惡性淋巴瘤等和治療癌癥疼痛等方面已取得不同程度的療效。目前市場上的主要產(chǎn)品有速效救心丸、腦心通、復方丹參滴丸、六神系列、復方熊膽滴眼液、珍視明滴眼液、肛泰、馬應龍痔瘡膏、天然冰片沐浴露、天然冰片牙膏、潔爾陰、婦樂洗液等。我國天然龍腦特別是右旋龍腦極少[5]，其市場幾乎全由合成龍腦(機制冰片)占領(lǐng)[6]，而天然龍腦每年需用高昂的外匯從國外進口?，F(xiàn)行的天然冰片提取及精制工藝包括粗提工藝和精制工藝。粗提工藝源自龍腦樟植物制取天然冰片，主要是采用水蒸汽蒸餾法[7]，即將龍腦樟樹葉在蒸餾釜中直接水上蒸餾，提取率在80%左右，但所得到的龍腦含量一般在80%左右，含量較低，其主要副產(chǎn)品為樟腦,兩者外觀均為白色粉末狀晶體。該法設備投資少，工藝簡單，成本較低。另外還可采用溶劑萃取和超臨界CO2萃取等方法[8]。前者溶劑難以分離，后者設備投資大、生產(chǎn)成本較高，兩者目前均難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。以上方法所生產(chǎn)的龍腦均需精制才能達到《中國藥典》2010版規(guī)定的純度要求。精制工藝采用羅忠生等[3,9]的升華法提純，但因龍腦與樟腦2種物質(zhì)的分子量比較接近，升華溫度也相差不大，采用升華法提純效果不理想。另升華溫度較高(200～210℃)，如有操作不當，容易引起燒焦，從而影響了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。宋永芳等[10-11]采用溶劑結(jié)晶法提純龍腦，效果較理想，二次結(jié)晶后其純度可達95%以上，符合藥典規(guī)定，但得率僅在60%左右，母液中大量天然冰片與樟腦混合物被丟棄。我們將結(jié)晶后母液循環(huán)利用，在保證高純度前提下，使得率大大提高，由原來的60%提高到90%,經(jīng)濟效益十分顯著，為天然冰片精制提供了一條較好的工業(yè)化精制工藝。

1 材料與方法

1.1實驗儀器和藥品

主要實驗儀器: Clarus500氣相色譜儀( Pekin Elmer)、 DZF-6050型真空干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)、20mm×400mm層析柱(上海同興化工儀器有限公司)、培養(yǎng)(結(jié)晶)箱。

實驗藥品試劑: 冰片粗品(來源于湖南省新晃縣，含樟腦17.66%，冰片82.34%，揮發(fā)油0.13%)、柱層層析硅膠(100～200目)(上海上邦實業(yè)有限公司生產(chǎn))、無水乙醇、二重水、120#汽油、乙酸乙酯、石油醚。化學試劑均為化學純。

1.2試驗方法

1.2.1 冰片提取方法 稱取60.00～70.00 g冰片粗品于三角燒瓶中，再按固液配比1∶1～1.4加入溶劑，用水浴鍋加熱，攪拌至冰片粗品完全溶解。記下完全溶解所需時間、溫度。完全溶解后停止加熱攪拌，在水浴鍋中保溫30min后倒置燒杯中封口盡量避免溶劑揮發(fā)。常溫靜置或冷凍放置5～8d后抽濾，置于真空干燥箱中干燥，計算冰片得率，然后用氣相色譜儀檢測純度。

1.2.2 冰片結(jié)晶純度檢測 氣相色譜檢測條件: Clarus500型氣相色譜儀，DB-5色譜柱，30cm×250μm×0.25mm,程序升溫，40℃保持2.00min,以3.00℃/min升至200℃，汽化室溫度為250℃，恒壓分流，分流比為50∶1，N2為0.7mL/min, FDI檢測室，溫度為300℃，柱溫為140℃，壓強為89.63 kPa，H2為45mL/min，氮氣總流量為450mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1溶劑的選擇

龍腦溶于乙醇、乙醚、乙酸乙酯，微溶于水。根據(jù)龍腦的這個性質(zhì)選擇乙醇∶水(2∶1)、120#汽油、120#汽油∶乙酸乙酯(19∶1)作為溶劑。在相同的固液比、結(jié)晶溫度、結(jié)晶時間等工藝條件下的得到的產(chǎn)品純度和得率結(jié)果見圖1。

圖1 不同溶劑對冰片結(jié)晶的影響Fig.1 Effect of different solvents on the crystallization borneol

龍腦微溶于水，但在乙醇溶液中能完全溶解。用乙醇加水作為溶劑可使龍腦先溶解然后再沉淀析出。乙醇比例過高龍腦不易析出結(jié)晶，過低則粗龍腦不能溶于乙醇水溶液中而使產(chǎn)品的得率降低。汽油為強親脂性溶劑，利用龍腦和樟腦在高溫下溶解、在低溫下析出結(jié)晶的特性，可提高龍腦的純度。乙酸乙酯相對于石油醚親脂性較弱，用少量的乙酸乙酯加入汽油中，可提高溶劑的極性，使冰片粗品更易溶于溶劑中，從而提高龍腦的結(jié)晶純度。由圖1可以看出，乙醇∶水溶劑Ⅰ中的結(jié)晶純度低、得率也低。延長結(jié)晶時間的乙醇∶水溶劑Ⅱ中結(jié)晶純度有所提高，但得率還是很低，并且水分在龍腦中不易除去。120#汽油溶劑和120#汽油∶乙酸乙酯(19∶1) 溶劑中的結(jié)晶純度相近，但120#汽油∶乙酸乙酯(19∶1) 溶劑中的產(chǎn)品得率比120#汽油的低，因此，我們選取120#汽油作為產(chǎn)品結(jié)晶的溶劑。

2.2溶劑固液配比的選擇

以120#汽油為溶劑，結(jié)晶時間為5d，結(jié)晶溫度為22℃，不同的固液配比得到的產(chǎn)品純度和得率結(jié)果見圖2。

汽油為非極性溶劑，樟腦的極性較龍腦小，因此，樟腦相對于龍腦較易溶于汽油中，在汽油中的溶解度大。假設汽油的揮發(fā)量小或揮發(fā)量為一定值，母液成分的含量不變，隨著溶劑量的增加，即液固配比的加大，溶于汽油中的樟腦的量越多，則結(jié)晶產(chǎn)品中龍腦含量就越高。反之溶劑量越少，溶于汽油中的樟腦量減少，其純度相對就會降低。隨著溶劑量的增多，樟腦溶于汽油中的量增加，龍腦溶于汽油中的量也會增加，這樣產(chǎn)品純度高，但得率會下降。從結(jié)晶母液中樟腦與龍腦比值的測定結(jié)果為1∶1.7也證明了這一點。由圖2可以看出: 溶劑液固配比為1∶0.8、1∶0.9中的產(chǎn)品純度太低；溶劑液固配比為1∶1.4中的產(chǎn)品純度最高，但得率小于60%；溶劑液固配比為1∶1和1∶1.2中的產(chǎn)品純度都高于95%，但溶劑液固配比為1∶1中的較1∶1.2中的產(chǎn)品得率高，達到了70%。因此，我們選擇的液固配比為1∶1。

圖2 以120#汽油為溶劑不同液固配比對冰片結(jié)晶的影響Fig.2 Effect of the ration of liquid to solid on the crystallization borneol with with 120# gasoline as solvent

2.3結(jié)晶時間的選擇

確定了最佳液固配比后，在相同的結(jié)晶溫度條件下(12～15℃)，采用不同的結(jié)晶時間得到的產(chǎn)品純度和得率結(jié)果見圖3。

圖3 不同結(jié)晶時間對冰片結(jié)晶的影響Fig.3 Effect of different crystallization time on the crystallization borneol

由圖3可以看出，隨著結(jié)晶時間的延長，樟腦與龍腦的析出量增加，由于樟腦的析出量增加從而使產(chǎn)品的純度降低，得率增加。當結(jié)晶時間為7d和8d時產(chǎn)品的純度下降到90%左右，純度較低；結(jié)晶時間為5d和6d的純度相近，都已達到95%左右，但結(jié)晶6d的得率要比5d的高。因此，我們選擇的結(jié)晶時間為6d。

2.4結(jié)晶溫度的確定

以結(jié)晶時間為6d，在固液配比為1∶1的條件下，采用不同的結(jié)晶溫度得到的產(chǎn)品純度和得率結(jié)果見圖4。

隨著結(jié)晶溫度的降低，產(chǎn)品的純度變化不大，都在95%左右；龍腦與樟腦在溶劑中的溶解度也隨之減小，產(chǎn)品的得率增加。由圖4可以看出: 3種不同溫度條件下得到的產(chǎn)品純度相近，溫度越低則得率越高。實驗中還發(fā)現(xiàn)，在0～9℃時得到的晶體的形狀為晶瑩片狀，而在常溫下得到的晶體的形狀為粉末狀。由于工廠化生產(chǎn)時在0℃下結(jié)晶難以操作，耗費也較大，所以常選擇低溫或常溫下結(jié)晶。

由以上實驗結(jié)果得出，冰片1次結(jié)晶的最佳工藝條件：溶劑為120#汽油；固液配比為1∶1；結(jié)晶時間為6d；結(jié)晶溫度為9℃。

2.5結(jié)晶母液的回收

圖4 不同結(jié)晶溫度對冰片結(jié)晶的影響Fig.4 Effect of different crystallization temperature on the crystallization borneol

表1 柱層析法分離的測定結(jié)果Tab.1 Determinedresultsofcolumnchromatography實驗號洗脫液(mL)純度(%)龍腦樟腦110——2200.8999.11330——4408.9191.09550——66098.221.78

由表1結(jié)果得出: 經(jīng)柱層析法分離后，首先通過硅膠流出來的20mL主要成份是樟腦，其純度達99.11%；次之流出來的20mL主要成份還是樟腦，其純度也達到91.09%；最后分離出的20mL主要成份是龍腦，其純度達到98.22%。龍腦與樟腦這2種化合物在硅膠柱中的分離效果很好，但處理量較低，洗脫液的耗量較大，較適合母液中粗產(chǎn)品的回收。

3 結(jié)論與討論

(1) 以結(jié)晶方法精制天然冰片，選用120#汽油為溶劑結(jié)晶的產(chǎn)品晶型最好，得率及純度都較高；最佳精制工藝條件為：結(jié)晶時間6d，結(jié)晶溫度9℃，結(jié)晶固液配比為1∶1。經(jīng)氣相色譜檢測，結(jié)晶產(chǎn)品的純度可達95%以上，得率可達90%以上。

(2) 提高產(chǎn)品純度采取的措施是增大固液比，提高產(chǎn)品得率所采取的措施是減小溶劑量和逐步降低結(jié)晶溫度以及增加結(jié)晶時間。

(3) 采用柱層層析法回收結(jié)晶母液，最先出來的20mL洗脫液中，龍腦的含量為0.89%，樟腦為99.11；隨后出來的20mL洗脫液中，龍腦的含量為98.22%，樟腦為1.78%；最后分離出的20mL主要成份是龍腦，其純度達到98.22%。龍腦與樟腦的分離效果很好，但處理量較少，洗脫液耗量大，成本高，較適合母液中粗產(chǎn)品的回收。

[1] 歐陽少林,龍光遠,項海英,等.天然冰片的新資源[J].江西林業(yè)科技,2005(5):38.

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(文字編校：唐效蓉)

Optimizationofthepurificationprocessofnaturalborneol

HE Hongcheng1， CUI Lin2， CHEN Qianwen2， DENG Layun1

(1.Hunan Academy of Forestry, Changsha 410004, China； 2.College of Material Science and Engineering, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China)

Taking the crude natural borneol as the raw material produced in Xinhuang County of Hunan Province, the refining process of crystallization method was studied. The results showed that, with 120#gasoline as solvent, the crystallization polymorphs was the best, which had a high yield and purity. The best refining process conditions were crystallization time 6d, the crystallization temperature of 9℃, crystalline solid-liquid ratios 1:1. Detected by gas chromatography, the crystalline purity of the product was up to 95 %, and the yield was up to 90%.

natural borneol; borneol; camphor; purification process; optimization

2013-03-12

2013-04-22

世界銀行農(nóng)業(yè)科技項目(HN 2006-23)。

何洪城(1957-)，男，湖南省長沙縣人，研究員，主要從事林業(yè)生物質(zhì)材料、林產(chǎn)化學、林業(yè)經(jīng)濟研究。

R 283

A

1003-5710(2013)03-0014-04

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2013. 03. 004