Ancaloid | Khái niệm hoá học

1. Alcaloid là gì?

Các alcaloid là các hợp chất hữu cơ trong thực vật có chứa một hay nhiều nguyên tử nito trong phân tử và chúng có tính kiềm. Đã chiết xuất và xác định cấu tạo hóa học của khoảng 10.000 chất alcaloid khác nhau trong cây cỏ. Một ít alcaloid còn được xác định từ một số động vật như kiến, cóc hay nấm cựa, lõa mạch.

Nhiều alcaloid là những chất có độc tính rất cao như aconitin trong ô dầu, strychnin trong hạt mã tiền, gelsemin trong lá ngón, solamin trong mầm khoai tây và nhiều trường hợp ngộ độc dẫn đến tử vong do dùng nhầm các chất này.

2. Lý hóa tính của các alcaloid

Đa phần các alcaloid ở dưới dạng rắn và không có màu. Các alcaloid chỉ có các nguyên tử C, H, N thì thường ở thể lỏng như nicotin. Đại bộ phận các alcaloid có cả các nguyên tố C, H, N, O trong phân tử và thường ở thể rắn, không tan trong nước, tan trong các dung môi hữu cơ. Chúng thường có màu trắng hay không có màu. Chúng có thể tạo muối với các acid vô cơ và hữu cơ, các muối này tan trong nước nhưng không tan trong các dung môi hữu cơ. Người ta thường sử dụng các đặc tính này để chiết xuất và tách riêng các alcaloid từ dược liệu. Trong khi đó các alcaloid có nito hóa trị 5 (amin bậc 4) thì thường có màu vàng cam hay vàng đỏ. Bản thân các alcaloid này tan được trong nước và không tan trong các dung môi hữu cơ. Các muối của chúng cũng tan được trong nước và trong các dung dịch cồn loãng.

3. Các phương pháp điều chế các alcaloid

Chỉ có vài chục alcaloid được sử dụng rộng rãi trong y học và nông nghiệp như nicotin, anabasin, atropin, hyoscyamin, scopolamin, quinin, quinidin, L-tetrahydro-palmatin, berberin, morphin, codein, papaverin, emetin, tubocurarin, strychnin, vincamin, vinblastin, vincristin, yohimbin, cafein, theobromin, theophylin, ephedrin, colchicin,...

Các quy trình điều chế alcaloid dựa vào các đặc điểm hóa lý của từng alcaloid riêng biệt. 

Ví dụ: với alcaloid nicotin thì dùng phương pháp bốc hơi cùng hơi nước. Cụ thể: tán nhỏ sợi thuốc lá sau khi đã sấy khô, kiềm hóa bằng amoniac hay Na₂CO₃ hoặc dung dịch NaOH loãng để chuyển các muối alcaloid trong cây thành dạng base rồi cất kéo bằng hơi nước. Thường dùng các dung dịch axit để chuyển nicotin lỏng thành các muối để phân lập riêng và tinh chế. 

Với các alcaloid bậc 3 dạng rắn thì sử dụng các phương pháp sau:

- Chiết các alcaloid dưới dạng muối bằng các dung dịch acid loãng.

Nguyên liệu sau khi tán nhỏ được chiết xuất bằng dung dịch acid acetic loãng hay dung dịch acid sulfuric loãng, có thể đun nóng để chiết thì đạt được hiệu suất cao hơn.

Các dung dịch chiết có chứa các alcaloid dưới dạng muối được bốc hơi dưới áp suất giảm thành cao đặc. Sau đó kiềm hóa để chuyển các alcaloid thành dạng base và dùng dung môi hữu cơ để chiết các alcaloid này. Bốc hơi các dung môi sẽ được hỗn hợp các alcaloid.

- Chiết các alcaloid dưới dạng các base bằng các dung môi hữu cơ.

Tán nhỏ nguyên liệu, làm ẩm và trộn với Na2CO3 hay NaOH để chuyển các alcaloid thành dạng base. Sau đó chiết bằng dung môi hữu cơ thích hợp hoặc bằng phương pháp cất hồi lưu hay bằng phương pháp ngấm kiệt. Thường sử dụng các dung môi hữu cơ như xăng nhẹ, benzen, chlorofoc, dichloromethan để chiết. 

Sau khi nhận được dịch chiết thì bốc hơi dưới áp suất giảm rồi hòa dịch chiết đã cô đặc với các dung dịch acid loãng. Như vậy các alcaloid sẽ chuyển sang các dạng muối tan được trong dung dịch. Kiềm hóa dung dịch acid này để chuyển các alcaloid sang dạng base. Các alcaloid sẽ kết tủa, có thể lọc lấy riêng hay có thể dùng các dung môi hữu cơ thích hợp để chiết xuất chúng.

Sau khi cất thu hồi dung môi thì sẽ nhận được hỗn hợp các alcaloid thô.

- Cũng có thể dùng cồn ethylic để chiết xuất thẳng các alcaloid dưới dạng muối ở trong cây cỏ. Sau đó bốc hơi cồn thành cao đặc rồi kiềm hóa để chuyển các alcaloid dạng muối thành các alcaloid base và tiếp tục chiết xuất như ở các phần trên.

Hàm lượng các alcaloid trong cây cỏ có thể có từ vài phần trăm (có khi trên 20%) cho đến vài phần vạn hay phần mười vạn. Ví dụ: trong lá dừa cạn có chứa một phần vạn vinlbastin và một phần mười vạn vincristin là những alcaloid có tác dụng điều trị ung thư máu. Trong dừa cạn có khoảng 150 alcaloid khác nhau nên việc tách riêng và tinh chế các alcaloid là rất khó khăn và phức tạp.

Để tách riêng các alcaloid thì chủ yếu sử dụng các phương pháp kết tinh khác nhau bằng các dung môi khác nhau trong các điều kiện pH khác nhau. Cũng có thể sử dụng phương pháp sắc ký cột hay phương pháp trao đổi ion. 

Trong phạm vi phòng thí nghiệm thì thường sử dụng phương pháp sắc ký bản mỏng điều chế, sắc ký cột, sắc ký lỏng cao áp để tách riêng từng alcaloid tinh sạch. Sau đó sử dụng các phương pháp đo nhiệt độ nóng chảy, đo năng suất quang cực, đo phổ tử ngoại, phổ hồng ngoại, phổ cộng hưởng từ hạt nhân và khối phổ để xác định từng alcaloid.