麻黃中麻黃堿和偽麻黃堿提取的教學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

梁倩 許忠偉 王芳 王大瑋 王猛 劉蔚漪

【摘?要】?目的：對提取鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿的甲苯溶劑法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。方法：對麻黃的粉碎粒度，提取溫度、萃取溶劑、分離方法、展開劑、鑒定方法等進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果：改進(jìn)后，麻黃粉碎過30目篩，80～90℃熱水提取，抽濾，氯仿萃取，碘和茚三酮檢識。結(jié)論：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)過程合理，現(xiàn)象明顯，增進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】?麻黃;鹽酸麻黃堿;鹽酸偽麻黃堿;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

【中圖分類號】?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 A?【文章編號】1007-8517（2020）17-0017-05

Abstract：Objective?Improvement on toluene solvent experiments for extraction ephedrine hydrochloride and pseudoephedrine hydrochloride from Ephedra Sinica Stapf. Method The particle size， extraction temperature， extraction solvent， developing agent and identification method of E. sinica were optimized. Result After the improvement， E. sinica was smashed through 30 mesh sieve， hot water extraction at 80-90℃， suction filtration， chloroform extraction， iodine and ninhydrin detection， the experimental results were obvious. Conclusion The phenomena of experiment teaching is obvious， the students interest in experiment were enhanced， and the teaching effect were improved.

Keywords：Ephedra Sinica Stapf;Ephedrine Hydrochloride; Pseudoephedrine Hydrochloride; Improvement on Experimental Teaching

麻黃為麻黃科植物草麻黃（Ephedra sinica stapf）、中麻黃（Ephedra intermedia Schrenk et C.A.Mey.）和木賊麻黃（Ephedra.equisetina Bge.）的干燥草質(zhì)莖[1]。始載于漢代《神農(nóng)本草經(jīng)》，歷代本草均有收載。麻黃作為常用中藥，味苦澀，因具有發(fā)汗解表、止咳平喘及利水的功效而廣泛用于臨床。麻黃中含有多種生物堿，一般含量為1%～2.5%，主要成分為D-（-）麻黃堿（70%～80%）和L-（+）偽麻黃堿，二者互為立體異構(gòu)體，結(jié)構(gòu)如圖1所示，氮原子連在側(cè)鏈上，屬于有機(jī)胺類生物堿[2]。麻黃堿主要作用為平喘，偽麻黃堿主要作用為消炎及選擇性收縮呼吸道毛細(xì)血管[3]。

麻黃中麻黃堿和偽麻黃堿的提取方法有三種：利用麻黃堿和偽麻黃堿在溶劑中溶解度不同的甲苯溶劑法;利用二者游離狀態(tài)時(shí)具有揮發(fā)性的水蒸汽蒸餾法;利用堿性強(qiáng)弱不同的離子交換樹脂法[4]。水蒸氣蒸餾法提取產(chǎn)率低，且濃縮過程時(shí)間長，高溫致使部分麻黃堿分解，影響提取生物堿的質(zhì)量[5-6];離子交換樹脂法因投資大，樹脂的清洗時(shí)間過長和其它工藝問題也不常用[6]，因此甲苯溶劑法一般作為學(xué)生教學(xué)實(shí)驗(yàn)?！吨参锘瘜W(xué)》、《生物活性天然產(chǎn)物的分離》、《藥用植物資源開發(fā)與利用》、《天然產(chǎn)物化學(xué)》、《天然藥物化學(xué)》等課程都可將此實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)涵蓋加熱提取、抽濾、萃取、減壓蒸餾、生物堿的分離、結(jié)晶、點(diǎn)板、顯色等內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過程可有效鍛煉學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。參照《麻黃堿提取與鑒定》[2]的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)麻黃粉水煮以后過濾困難，沒有明確的提取溫度，萃取用的甲苯易燃、易爆、有毒致癌，萃取時(shí)乳化嚴(yán)重，薄層色譜展開劑的Rf值偏小，鑒定現(xiàn)象不明顯等諸多問題，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。因此，為了制定快速、容易操作及顯色明顯的實(shí)驗(yàn)操作過程，對提取麻黃堿和偽麻黃堿的實(shí)驗(yàn)從粉碎粒度、提取溫度、提取次數(shù)、萃取溶劑、分離方法、鑒定檢識方法等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。

1?材料與方法

1.1?實(shí)驗(yàn)材料?草麻黃、鹽酸麻黃堿（純度100%）標(biāo)準(zhǔn)品、鹽酸偽麻黃堿標(biāo)準(zhǔn)品（純度99.8%）、粉碎機(jī)、勺子、圓底燒瓶、水浴鍋、冷凝管、線手套、濾紙、玻璃棒、pH試紙，分液漏斗、漏斗、鐵架臺、毛細(xì)管、硅膠板、鉛筆、尺子、氯仿、草酸、氫氧化鈉、氯化鈣、濃氨水、無水乙醇、碘、茚三酮、碘化鉍鉀、溴甲酚綠、濃硫酸、正丁醇、異丙醇、 抽濾瓶、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、循環(huán)水式真空泵。

1.2?實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1?麻黃堿的提取?傳統(tǒng)提取方法：①稱取25 g麻黃粗粉，放入500 mL圓底燒瓶中;②加入250 mL水;③加熱回流提取20 min;④過濾。殘?jiān)?50mL水再提取一次，合并兩次提取液，用20%的NaOH調(diào)pH值為11～12。

改進(jìn)點(diǎn)：①“稱取25 g麻黃粉”改為稱取30g麻黃粉;②“加入250 mL水”改為加入300 mL水;③“加熱回流提取20 min”改為80～90 ℃熱水提取20 min;④“過濾”改為抽濾。

1.2.2?鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿的分離?堿化后的溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗中：①加50 mL甲苯萃取3次，合并甲苯萃取液，將其轉(zhuǎn)入分液漏斗;再分別加50 mL 2%的草酸溶液萃取兩次，合并草酸萃取液，減壓濃縮至約20 mL，低溫冷卻30 min，使結(jié)晶析出，濾取結(jié)晶即為草酸麻黃堿，草酸偽麻黃堿則留在母液中。把草酸麻黃堿置于燒杯中，加入飽和CaCl2溶液10 mL，加熱至沸。②然后冷卻后抽濾，收集濾液。③在濾液中加入濃鹽酸，調(diào)節(jié)其pH值為5～6，靜置，晶體析出后過濾，即得鹽酸麻黃堿。④在攪拌下，給前述母液中加入適量飽和CaCl2溶液至不再有沉淀析出時(shí)為止，抽濾。⑤向抽濾后的濾液，滴加濃鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為5～6。⑥水浴濃縮至原體積的1/2，靜置析晶，過濾后即得鹽酸偽麻黃堿。

改進(jìn)點(diǎn)：①“然后加50 mL甲苯萃取3次，合并甲苯萃取液，將其轉(zhuǎn)入分液漏斗”;改為“然后加等體積的氯仿萃取兩次，合并氯仿萃取液，將其轉(zhuǎn)入分液漏斗” ;②“然后冷卻后抽濾，收集濾液” 改為 “然后冷卻后過濾，收集濾液”; ③“在濾液中加入濃鹽酸，調(diào)節(jié)其pH值為5～6，靜置”改為 “靜置”; ④“在攪拌下，給前述母液中加入適量飽和CaCl2溶液至不再有沉淀析出時(shí)為止，抽濾”，將“抽濾”改為“過濾”; ⑤“向抽濾后的濾液，滴加濃鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為5～6”省略該步;⑥“水浴濃縮至原體積的1/2”改為“減壓濃縮至原體積的1/2”。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)流程圖如圖2所示。

1.2.3?麻黃堿的鑒定?二縮脲試驗(yàn)：取麻黃堿鹽少許，溶于1 mL水中，加入5滴CuSO4試劑，振蕩后再加入10滴20%NaOH試劑，即顯藍(lán)紫色。加入2 mL乙醚，水層變?yōu)樗{(lán)色，醚層為紫紅色，即表明有麻黃堿存在。改進(jìn)點(diǎn)：取消二縮脲試驗(yàn)鑒定麻黃堿。

薄層色譜鑒定：利用活化過的硅膠G薄層板，對麻黃堿和偽麻黃堿進(jìn)行鑒定。展開劑為：1%氨水：異丙醇（1∶9），顯色劑為茚三酮試劑。改進(jìn)點(diǎn)：展開劑為：異丙醇-正丁醇-氨水（ 15.7∶2∶2.5） ，顯色劑：碘單質(zhì)在常溫下30 s至2 min顯色。茚三酮試劑在105～110 ℃，2～7 min顯色。

2?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過多次探索試驗(yàn)，對傳統(tǒng)甲苯溶劑法提取、分離麻黃堿和偽麻黃堿過程中的主要步驟進(jìn)行了如下優(yōu)化：麻黃粉碎后過30目篩，80～90 ℃熱水提取，抽濾，氯仿等體積萃取，分離時(shí)不需要用鹽酸酸化，異丙醇-正丁醇-氨水（ 15.7∶2∶2.5）作展開劑，效果最好（見圖3 H），碘單質(zhì)在常溫下30 s至2 min，茚三酮試劑在105～110 ℃，2～7 min鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿顯色最明顯（見圖3 N、O）。

3?討論

3.1?提取方法改進(jìn)的原因?麻黃中的生物堿通常以鹽的形式存在于麻黃草植物細(xì)胞壁內(nèi)的環(huán)狀纖維上，且麻黃細(xì)胞壁質(zhì)地堅(jiān)韌，因此將麻黃粉碎，過30目篩，提高提取效率[7]。麻黃中麻黃堿的提取方法主要有煎煮法[8]、水浴溫浸法及冷浸法[8]，還有冷凍滲漉法[8]、微波法[8]、超聲提取法[8]、索氏提取法[9]、振蕩提取法[9]等。提取溶劑主要為水（或者加酸酸化），還有有機(jī)溶劑乙醇、甲醇和乙醚[9]，丙酮[10]等。提取效率：水煎煮回流法>酸性乙醇回流提取法>溫浸法> [11]超聲提取法[8]>其他提取方法。陳柳蓉等[12]對麻黃提取麻黃堿和偽麻黃堿的提取溫度、提取次數(shù)、酸度和提取時(shí)間進(jìn)行考察，認(rèn)為提取溫度對提取率影響顯著，其次是提取次數(shù)，酸度和提取時(shí)間等影響較小。水煎煮法提取液溫度越高，萃取時(shí)越容易乳化[13]，高溫也會使麻黃堿分解，因此提取溫度設(shè)置為80～90℃熱水提取。麻黃中的鞣質(zhì)成分較多，水提后過濾困難，采用抽濾的方法進(jìn)行過濾，可以節(jié)省時(shí)間，提高效率。

3.2?麻黃堿和偽麻黃堿分離改進(jìn)的原因?李德玉等[6]對氯仿、乙酸乙酯、甲苯、石油醚、乙醇為萃取溶劑，萃取麻黃堿和偽麻黃堿的效率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氯仿與提取液體積比為1∶1萃取兩次，萃取效率最高。抽濾改為過濾的原因是因抽濾比過濾損失要多，損失率為17%。

省略鹽酸調(diào)節(jié)pH值為5～6，是因?yàn)闉V液本身的pH值就已經(jīng)為3～4，不需要再用HCl調(diào)節(jié)。水浴濃縮改為減壓蒸餾，是因?yàn)樗饪s時(shí)間較長，規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)。

3.3?麻黃堿的鑒定

3.3.1?二縮脲試驗(yàn)?麻黃堿和偽麻黃堿與大多數(shù)生物堿沉淀試劑不發(fā)生反應(yīng)，麻黃堿與堿性CuSO4生成的銅絡(luò)鹽因反應(yīng)靈敏度不高，甚至看不到顯色。因此不能用二縮脲試驗(yàn)鑒定麻黃中的生物堿。

3.3.2?薄層色譜鑒定

3.3.2.1?展開劑的選擇?展開劑為：1%氨水-異丙醇（1∶9）[2]（實(shí)驗(yàn)書上的展開劑）展開時(shí)（見圖3 A），Rf值偏小，不能有效區(qū)分麻黃堿和偽麻黃堿?！吨袊幍洹穼β辄S堿和偽麻黃堿的展開劑用氯仿-甲醇-氨水（20∶5∶0.5）[1]，展開結(jié)果見圖3 B，也是不能區(qū)分麻黃堿偽麻黃堿。因此對包括藥典在內(nèi)的13種關(guān)于麻黃堿和偽麻黃堿的展開劑進(jìn)行了篩選，展開劑為：A.?1%氨水-異丙醇（1∶9）（見圖3 A）[2] ; B.?氯仿-甲醇-氨水（20∶5∶0.5[1]，20∶ 3.5∶ 0.25 [14]，100∶8∶1[15]，10∶2∶0.1[16]）（見圖3 B）;C.?氯仿-正丁醇-水（10∶4∶0.5）[17]（見圖3 C）;D.?氯仿-醋酸乙酯-甲醇-水（13∶40∶22∶10）[18]（見圖3 D）;E.?氯仿-醋酸乙酯-甲醇-氨水（15∶4∶3∶0.3）[19]（見圖3 E）;F.?乙醇-氯仿-水-氨水（10∶1∶4∶0.5）[20]（見圖3 F）;G.?氯仿-正丁醇-乙醇（1∶1∶1.5）[21，22] （ 0.5 mol /L 氫氧化鈉噴霧堿化）（見圖3 G）;H.?異丙醇-正丁醇-氨水（ 15.7∶ 2∶ 2.5）?[23-25]（見圖3 H）;I.?正丁醇-乙酸乙酯-水（ 4∶ 1∶5） 的上層溶液[26]（見圖3 I）;J.?正丁醇-乙醇-水（24∶ 12∶ 4） [27-29]（見圖3 J）;K.?正丁醇-冰醋酸-水（8∶2∶1）[30]（見圖3 K）;L.?乙酸乙酯-甲醇-氨水（15∶5∶2[31]; 17∶2∶1[32]）（見圖3 L）;M.?正丁醇-甲醇-水（6∶2∶1）[33]（見圖3 M）。其中展開劑H：異丙醇-正丁醇-氨水（15.7∶ 2∶ 2.5）能有效區(qū)分鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿（見圖3 H），其它的展開劑均不能區(qū)分（圖3：A-M及O均為茚三酮顯色，N為碘顯色）。

3.3.2.2?顯色劑的選擇?薄層色譜展開后，用茚三酮試劑顯色，沒有指明顯色溫度，常溫下不顯色。因此對生物堿顯色試劑及常見顯色劑：碘、碘化鉍鉀、茚三酮、硫酸乙醇和溴甲酚綠進(jìn)行顯色實(shí)驗(yàn)。碘單質(zhì)在常溫下30 s至2 min，鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿顯色明顯（見圖3 N），茚三酮試劑在105～110 ℃，2～7 min鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿顯色明顯（見圖3 O），碘化鉍鉀、硫酸乙醇和溴甲酚綠試劑對鹽酸麻黃堿和鹽酸偽麻黃堿不顯色。

4?討論

麻黃堿中的氮原子是連接在支鏈上而不是連接在苯環(huán)上，與大多數(shù)生物堿試劑不發(fā)生反應(yīng)，所以本實(shí)驗(yàn)對常用生物堿試劑進(jìn)行篩選，找到對麻黃堿和偽麻黃堿顯色明顯的生物堿試劑。麻黃中麻黃堿的含量較低，一般為1%～2.5%，因此在實(shí)驗(yàn)中要求提取、分離麻黃堿的實(shí)驗(yàn)條件均需達(dá)到最優(yōu)，否則薄層色譜很難檢測到生物堿的存在，本實(shí)驗(yàn)對麻黃中麻黃堿和偽麻黃堿提取、分離方法進(jìn)行改進(jìn)后提高了麻黃堿的提取效率，今后可以利用植物的親緣關(guān)系或者活性成分化學(xué)結(jié)構(gòu)的相似性尋找麻黃堿含量較高的植物資源，代替麻黃資源做該提取實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)過程經(jīng)過多次操作驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，科學(xué)規(guī)范，能有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，加深學(xué)生對本次實(shí)驗(yàn)的思考和認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

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（收稿日期：2020-04-15?編輯：劉斌）