TỔNG QUAN về ALKALOID

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC SƠ ĐỒ
DANH MỤC VIẾT TẮT
1
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Các họ thực vật giàu alkaloid [8] 9
Bảng 1.2. Một số loài động vật có chứa alkaloid 15
Bảng 1.3. pKa của một số alkaloid 18
Bảng 1.4. Phản ứng của alkaloid với các thuốc thử tạo tủa vô định hình 19
Bảng 1.5. Phản ứng của alkaloid với các thuốc thử tạo tủa tinh thể 19
Bảng 1.6. Phản ứng của alkaloid với các thuốc thử đặc hiệu 20
Bảng 3.1. Kết quả khảo sát khối lượng, hiệu suất sản phẩm thu được khi thay
đổi lượng dung dịch Na
2
CO
3
10% để kiềm hóa bột trà 35
Bảng 3.2. Kết quả khảo sát khối lượng, hiệu suất sản phẩm thu được khi thay
đổi thời gian đun dung dịch trà – kiềm 37
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát khối lượng, hiệu suất sản phẩm thu được khi thay
đổi lượng dung môi dicloromethane sử dụng 38
Bảng 3.4. Kết quả khảo sát khối lượng, hiệu suất sản phẩm thu được khi thay
đổi lượng dung môi cloroform sử dụng chiết hồi lưu cao quất 44
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát khối lượng sản phẩm thu được khi thay đổi thời
gian chiết hồi lưu cao quất 45
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát khối lượng, hiệu suất sản phẩm thu được khi thay
đổi khoảng nhiệt độ chiết hồi lưu cao quất 47
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Cây mã tiền 10

Hình 1.2. Cà độc dược 10
2
Hình 1.3. Cây trà (chè) 10
Hình 1.4. Cây thuốc lá 11
Hình 1.5. Cây ma hoàng 11
Hình 1.6. Canh ki na 11
Hình 1.7. Cây náng 12
Hình 1.8. Cây anh túc 12
Hình 1.9. Cây hồ tiêu 12
Hình 1.10. Cây lựu 13
Hình 1.11. Cây ba gạc 13
Hình 1.13. Cây bách bộ 13
Hình 1.12. Cây bình vôi 22
Hình 2.1. Cây trà (chè) 22
Hình 2.2. Cây quất (tắc, hạnh) 26
Hình 3.1. Biểu đồ khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng sản phẩm thu được
khi thay đổi lượng dung dịch Na
2
CO
3
10% sử dụng 36
Hình 3.2. Biểu đồ khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng sản phẩm thu được
khi thay đổi thời gian đun dung dịch trà – kiềm 37
Hình 3.3. Biểu đồ khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng sản phẩm thu được
khi thay đổi lượng dung môi dicloromethane sử dụng 39
Hình 3.4. Sắc phổ của sản phẩm 41
Hình 3.5. Sắc phổ của mẫu caffein chuẩn 43
Hình 3.6. Biểu đồ khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng sản phẩm thu được
khi thay đổi lượng dung môi cloroform sử dụng 44
Hình 3.7. Biểu đồ khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng sản phẩm thu được

khi thay đổi thời gian chiết hồi lưu cao quất 46
Hình 3.8. Biểu đồ khảo sát sự phụ thuộc của khối lượng sản phẩm thu được
khi thay đổi khoảng nhiệt độ chiết hồi lưu cao quất 47
Hình 3.9. Sắc phổ của sản phẩm 49
3
Hình 3.10. Sắc phổ của mẫu codein chuẩn 50
DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1. Quy trình chiết alkaloid sử dụng dung môi MeOH 29
Sơ đồ 2.2. Quy trình chiết alkaloid sử dụng dung môi cồn acid/ nước acid 30
Sơ đồ 2.3. Quy trình chiết alkaloid dưới dạng base 30
Sơ đồ 2.4. Quy trình chiết tách caffein trong lá trà 31
4
Sơ đồ 2.5. Quy trình chiết tách alkaloid trong cao quất 33
5
DANH MỤC VIẾT TẮT
Alk: Alkaloid
DCM: dicloromethane
dm: dung môi
IR: infra red
MS: mass spectrometry
Nuclear Magnetic Resonance
sp: sản phẩm
6
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ALKALOID
1.1. Alkaloid [1][9]
1.1.1. Khái niệm alkaloid
Alkaloid có nguồn gốc từ chữ: alcali tiếng Ả rập có nghĩa là kiềm, đây
là những hợp chất hữu cơ có chứa dị vòng nitơ, có tính bazơ thường gặp ở
trong nhiều loài thực vật và đôi khi còn tìm thấy trong một vài loài động

vật.
1.1.2. Phân loại alkaloid
a) Phân loại alkaloid theo bậc Nitơ
Có thể chia alkaloid làm 5 loại dựa vào bậc của nguyên tử Nitơ trong
cấu tạo phân tử alkaloid: Nitơ bậc I, Nitơ bậc II, Nitơ bậc III, Nitơ bậc IV;
Nitơ – oxyd.
- Các alkaloid bậc II, bậc III:ở pH < 7.0 chúng tồn tại ở dạng ion hóa và
ở pH > 8.0 chúng ở dạng không ion hóa.
- Các alkaloid bậc IV (berberin, palmatin, sanguinarin ): đây là các hợp
chất rất phân cực, trong mọi điều kiện pH chúng đều tồn tại ở dạng ion,
để tách chiết chúng phải phân lập dưới dạng muối.
- Các alkaloid trung tính: gồm các amid alkaloid (-CONH-, colchicin,
capsaicin) và hầu hết các lactam (ricinin )
- Các N-oxyd-alkaloid (gen- alkaloid): nói chung chúng rất phân cực, dễ
tan trong nước, hay gặp ở các alkaloid pyrrolizidin (N-oxyd-indicin).
b) Phân loại alkaloid theo đường sinh tổng hợp
Theo đường sinh tổng hợp có thể chia alkaloid thành 3 loại : pseudo-
alkaloid, proto-alkaloid, alkaloid thực.
 Alkaloid thực (Real alkaloid): đây là nhóm lớn, quan trọng, được hình
thành từ các acid amin, chúng có chứa dị vòng Nitơ, và có thể được
chia thành nhiều nhóm nhỏ hơn tùy nhân căn bản như sau:
- Alkaloid khung pyrrol và pyrrolidin:
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 7 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT

- Alkaloid khung pyrrolizidin:

- Alkaloid khung tropan:

- Alkaloid khung pyridin và piperidin:


- Alkaloid khung indol, indolin:
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 8 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT





Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 9 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
- Alkaloid khung indolizidin:

- Alkaloid khung quinolizidin:

- Alkaloid khung quinolein:

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 10 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT

- Alkaloid khung iso- quinolein là nhóm lớn nhất với nhiều kiểu như:



Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 11 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT

- Alkaloid khung quinazolin:

- Alkaloid khung imidazol:

 Proto- alkaloid
Proto- alkaloid có nguồn gốc từ các acid amin, chúng có cấu trúc đơn
giản, thường gặp ở cả động vật và thực vật. Chúng là những chất thơm có
chưa nitơ ở mạch nhánh.
Các kiểu proto- alkaloid thường gặp:
- Kiểu phenyl- alkylamin:

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 12 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT


- Kiểu indol- alkylamin:


- Kiểu tropolon:

 Pseudo- akaloid gồm nhiều kiểu như:
- Kiểu purin:

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 13 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT

- Kiểu steroid:

- Kiểu peptid: ergotamin, ergocryptinin
Ngoài ra, người ta còn có thể phân loại alkaloid dựa trên:

- Cấu trúc hóa học: purin, tropan, quinolin, indol
- Nguồn acid amin: từ tyr, tryp, orn, lys, his
- Nguồn sinh vật: động vật, thực vật, rêu, nấm
- Taxon thực vật: họ Fabaceae, chi Atropa, Datura
c) Ứng dụng của alkaloid
Alkaloid là một hợp chất hữu cơ có tính dược tính, do vậy nó có nhiều ứng
dụng trong việc điều trị bệnh, tùy từng loại alkaloid mà nó có những công
dụng khác nhau như:
- Kích thích thần kinh trung ương: strychnine, caffeine
- Ức chế thần kinh trung ương: morphin. Codeine
- Kích thích thần kinh giao cảm: ephedrine
- Liệt giao cảm: yohimbin
- Kích thích phó giao cảm: pilocarpin
- Liệt phó giao cảm: atropine
- Gây tê: cocaine
- Tác dụng hạ huyết áp: reserpine, serpentin
- Tác dụng chống ung thư: taxol, vinblastine, vincristine
- Tác dụng diệt ký sinh trùng, diệt khuẩn: quinine, berberine, arecoline,
emetine
Ngoài ra với các alkaloid có tác dụng tạo hưng phấn như caffein, người ta
còn sử dụng như một chất phụ gia trong chế biến đồ uống, thực phẩm.
1.1.3. Phân bố Alkaloid trong tự nhiên
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 14 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Alkaloid trong tự nhiên có ở cả động vật và thực vật, tuy nhiên chúng tồn
tại phần lớn ở trong thực vật. Trong thực vật chúng tồn tại chủ yếu ở thực vật
bậc cao, ngành hạt kín (cà phê, mã tiền, họ cà, hành, tỏi ), ít gặp trong các
ngành hạt trần, nấm, quyết thực vật, và hầu như không gặp chúng ở các thực
vật bậc thấp.
Năm 1995, người ta tìm thấy khoảng 27000 alkaloid, trong đó có hơn

21000 alkaloid được tìm thấy ở các thực vật bậc cao, gồm 27 nhóm, 1872
khung cơ bản. Và khoảng 6000 alkaloid được tìm thấy ở động vật, thực vật
khác. Hiện nay, vào năm 2013 con số alkaloid được tìm đã tăng lên đến
30000 alkaloid, trong đó có khoảng 21120 alkaloid được tìm thấy trong thực
vật hạt kín và hạt trần, ở thực vật bậc cao, alkaloid có mặt trong 67/83 bộ,186
họ, 1730 chi, 7231 loài, 16 bộ còn lại chưa phát hiện có mặt alkaloid.
a) Alkaloid trong thực vật
 Các họ thực vật giàu alkaloid
Bảng 1.1. Các họ thực vật giàu alkaloid [8]
Apocynaceae
(họ Trúc đào)
Papaveraceae
(họ Thuốc phiện)
Ranunculaceae
(họ Hoàng liên)
Fabaceae (họ Đậu) Rutaceae (họ Cam) Poaceae (họ Hòa thảo)
Annonaceae (họ Na) Solanaceae (họ Cà) Asteraceae (họ Cúc)
Rubiaceae
(họ Cà phê)
Liliaceae
(họ Loa kèn)
Loganiaceae
(họ Mã tiền)
Amaryllidaceae
(họ Loa kèn đỏ)
Lauraceae
(họ Nguyệt quế)
Berberidaceae
(họ Hoàng mộc)
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 15 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Boradinaceae
(họ Vòi voi)
Piperaceae
(họ Tiêu)
Menispermaceae
(họ Tiết dê)
Ngoài ra alkaloid còn tồn tại trong các loài thực vật bậc thấp như:
- Ngành nấm tản (Mycophita): có 2 loại nấm có chứa psilocybin là
psilocybe semilanceata và panaeolus subalteatus.
- Ngành dương xỉ (Polypodiophyta): từ chi Lycopodium, loài Huperzia
serrata.
- Ngành vi khuẩn, vi nấm (Fungus):
 Các bộ phận chứa alkaloid: Trong cây, alkaloid thường tồn tại ở
một số bộ phận nhất định như hoa, lá, thân, hạt, củ, rễ Dưới đây là
một số ví dụ điển hình về các loài cây phổ biến có chứa alkaloid:
- Cây có chứa alkaloid trong hạt như mã tiền, cà độc dược

Hình 1.1. Cây mã tiền

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 16 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Hình 1.2. Cà độc dược
- Cây có chứa alkaloid trong lá như: trà, thuốc lá

Hình 1.3. Cây trà (chè)

Hình 1.4. Cây thuốc lá
- Cây có chứa alkaloid trong thân như cây ma hoàng
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 17 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT

Hình 1.5. Cây ma hoàng
- Cây có chứa alkaloid trong vỏ thân như cây canh ki na

Hình 1.6. Canh ki na
- Cây có chứa alkaloid trong củ như cây náng

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 18 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Hình 1.7. Cây náng
- Cây có chứa alkaloid trong hạt như cây anh túc, cây hồ tiêu

Hình 1.8. Cây anh túc

Hình 1.9. Cây hồ tiêu
- Cây có chứa alkaloid trong hoa như cây cà độc dược
- Cây có chứa alkaloid trong rễ như cây lựu, cây ba gạc

Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 19 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Hình 1.10. Cây lựu

Hình 1.11. Cây ba gạc
- Cây có chứa alkaloid trong củ như cây bình vôi, cây bách bộ

Hình 1.13. Cây bách bộ

Hình 1.12. Cây bình vôi
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 20 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm

Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
 Sự đa dạng và chuyên biệt
Alkaloid trong tự nhiên thường tồn tại ở dạng hỗn hợp của các alkaloid
cùng nhóm, chúng thường chứa 1-2 alkaloid chính có hàm lượng cao nhất
(trong trà xanh ngoài chứa phần lớn là caffein chúng còn chứa 1 lượng nhỏ
theobromin và theophyllin), trong các thực vật cùng họ thường chứa các
alkaloid cùng nhóm (trong họ Rutaceae - họ Cam thường chứa codein).
Đặc biệt rất hiếm khi alkaloid và tinh dầu tồn tại đồng thời.
 Hàm lượng alkaloid
Hàm lượng alkaloid thay đổi theo điều kiện dinh dưỡng, sinh lý của
cây, nói chung thường là thấp. Hàm lượng alkaloid được cho là nhiều khi
chiếm trên 1% khối lượng, ít khi chiếm dưới 1% khối lượng, và nếu chỉ
chiếm dưới 0,01% nó được coi là không tồn tại. Tuy vậy, vẫn có những
trường hợp đặc biệt như:
- Vỏ thân cây canh ki na chứa 6-10% alkaloid
- Nhựa cây thuốc phiện chứa 20-30% alkaloid
b) Alkaloid trong động vật
Trong động vật người ta tìm thấy có khoảng 1500 alkaloid.
Một số loài động vật có chứa alkaloid:
Bảng 1.2. Một số loài động vật có chứa alkaloid
Loài động vật Loại alkaloid
Ếch phi tiêu độc Kokoe (Phyllobates
aurotaenia)
Ếch dâu cực độc (Dendrobates pumilio)
Batrachotoxin
Pumiliotoxin
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 21 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Cóc mía (Bufo bufo)
Bufotenin

Bufotenidin
Serotonin
Sa giông (Salamanders)
Samandarin
Samanin
Giun heo (Ascaris suum)
Morphin
Sâu bi (Glomeris marginata)
Glomerin
Homoglomerin
Saxidomus giganteus
Saxitoxin
Cá cóc (Tetraodon spp.)
Tetrodotoxin
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 22 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
Hải ly (Castor fiber)
Castoramin
Hươu xạ (Moschus)
Muscopyridin
1.2. Tính chất chung của Alkaloid [1][6][9]
1.2.1. Tính chất vật lý
a) Trạng thái
- Alkaloid thường không màu, không mùi, vị đắng.
- Đa số các Alkaloid có chứa oxy trong phân tử tồn tại ở trạng thái rắn ở
nhiệt độ thường, trừ: arecolin, pilocarpidin tồn tại dạng lỏng ở nhiệt độ
thường
- Đa số các Alkaloid không chứa oxy trong phân tử tồn tại ở trạng thái
lỏng ở nhiệt độ thường
- Alkaloid ở trong thực vật đa số tồn tại ở dạng muối, ít khi ở dạng

glycosid, và hiếm khi ở dạng base.
b) Độ tan
- Các alkaloid tồn tại ở dạng base thường kém tan trong nước, nhưng dễ
tan trong dung môi hữu cơ kém phân cực.
- Các alkaloid tồn tại ở dạng muối thường dễ tan trong nước, và khó tan
trong dung môi hữu cơ kém phân cực.
- Các alkaloid tồn tại ở dạng phenol tan được trong dung dịch kiềm.
1.2.2. Tính chất hóa học
a) Tính kiềm của Alkaloid
- Đa số các alkaloid có tính kiềm yếu.
- Một số ít alkaloid có tính kiềm mạnh như: nicotin, các Alkaloid có
chứa Nitơ bậc 4, các alkaloid có chứa Nitơ oxyd, các Alkaloid có chứa
2 nguyên tử Nitơ.
- Các alkaloid có tính kiềm rất yếu như: theobromin, theophyllin, cafein,
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 23 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
- colchicin, codein, ricinin, piperin.
- Các alkaloid có tính acid yếu như: arecaidin, guvacin, isoguvacin.
Các alkaloid có tính kiềm mạnh rất dễ tạo muối bền với acid, còn alkaloid
có tính kiềm rất yếu thì cho muối kém bền, dễ trở về dạng base khi tác dụng
với acid.
Bảng 1.3 trình bày giá trị thông số pKa của một số alkaloid:
Bảng 1.3. pKa của một số alkaloid
Alkaloid pKa Alkaloid pKa Alkaloid pKa
Berberin 2.5 Pilocarpin 7.0 Morphin 9.2
Caffein 3.6 Vinblastin 7.4 Ammoniac 9.3
Acid acetic 4.8 Heroin 7.6 Ephedrin 9.6
Reserpin 6.6 Scopolamin 7.7 Amphetamin 9.9
Codein 6.05 Quinin, brucin 7.8 Atropin 10.2
Quinin 5.07 Quinidin,

codein
7.9 Nicotin 11.0
Quinidin 5.4 Strychnin 8.3
Strychnin
HCl
2.3 Cocain 8.6
b) Phản ứng với các thuốc thử chung
Alkaloid còn tham gia các phản ứng đặc trưng với :
- các thuốc thử tạo tủa vô định hình (Bảng 1.4),
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 24 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học khóa 2010-2014 Trường ĐH BR - VT
- các thuốc thử tạo tủa tinh thể (Bảng 1.5) và
- với các thuốc thử đặc hiệu (Bảng 1.6).
Bảng 1.4. Phản ứng của alkaloid với các thuốc thử tạo tủa vô định hình
Thuốc thử Thành phần Tạo tủa vô định hình
màu
Bouchardat KI + I
2
Nâu, nâu đỏ
Dragendorff KI + BiI
3
Đỏ cam
Marme’ KI + CdI
2
Trắng -> vàng (tinh thể)
Valse-Mayer KI + HgI
2
Bông trắng -> vàng ngà
Bertrand Acid silicotungstic Trắng -> trắng ngà
Tannin Acid tannic Trắng (tan trong cồn)

Reineckat Ammoni tetrasulfocyanid
diamin chromat III
- Hồng, tan trong aceton
50%
- Đôi khi kết tinh ở dạng
khá đặc trưng
Scheibler Acid photpho-tungstic Trắng
Sonnenchein Acid photpho-tungstic Trắng
Cobalt
thiocyanat
Co(SCN)
2
Xanh
Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 25 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm