深度共熔溶剂的制备、性质及其应用于芦丁萃取的研究
深度共熔溶剂是一种低共熔混合物,一般由氢键受体和氢键供体通过氢键作用力相互连接在一起。它具有诸如蒸汽压较低、不易燃烧、制备方法简单、无需后续纯化以及成本低廉等诸多优点。深度共熔溶剂在有机反应、电化学、纳米材料、生物催化、医药等领域均有应用,然而只有少数研究侧重于使用深度共熔溶剂提取生物活性物质。目前有关深度共熔溶剂的物理特性报道不够系统性,对其生物相容性及生物降解性的研究报道甚少,这可能限制了它的应用。针对以上问题,本论文以氯化胆碱为氢键受体,采用天然化合物作为氢键供体制备深度共熔溶剂,对它们的理化特性进行表征,系统研究了其生物相容性和生物降解性,并将所制备的深度共熔溶剂应用于生物活性黄酮类化合物芦丁的萃取,经分离纯化,对芦丁的抗氧化活性进行评价。首先,成功地制备了酰胺类、醇类、有机酸类、糖类共计四类二十种基于氯化胆碱的深度共熔溶剂,产率达到100%,纯度达到98%以上。应用差示热量扫描仪对这些深度共熔溶剂的热力学性质进行研究,室温下这二十种溶剂均为澄清、透亮、均一、稳定的液体,熔点在28℃以下;除某些以具有结晶水的化合物作为氢键供体或添加水分制备的深度共熔溶剂外,其余溶剂水分含量不高于3.8 wt%;30℃下,所制备的深度共熔溶剂的粘度介于0.044 Pa?s和66.441 Pa?s之间,电导率介于14.3μS?cm-1和9370μS?cm-1之间,密度介于1.0410 g·cm-3和1.3313 g·cm-3之间,深度共熔溶剂的粘度、电导率与密度的大小与体系内部的氢键网络结构的疏密程度有关,即与各类溶剂所采用的氢键供体的种类及结构有关;随着温度的升高,溶剂的粘度、密度下降,电导率上升。其次,分别采用琼脂扩散法和稀释法定性定量检测深度共熔溶剂的生物相容性;使用密闭瓶法评估溶剂的生物降解性。结果表明:基于胺类物质、多元醇、糖类物质的深度共熔溶剂表现出良好的生物相容性;基于有机酸的深度共熔溶剂具有一定的抑菌效果;革兰氏阴性菌相较于革兰氏阳性菌对基于有机酸的深度共熔溶剂更加敏感;总之,深度共熔溶剂的生物相容性与氢键供体的种类、化学结构以及溶剂的pH值有关;沙门氏菌ATCC 14128、单增李斯特菌ATCC 19115、大肠杆菌ATCC 8739、金色葡萄球菌ATCC29213的MIC值和MBC值分别大于12 mmol/L和16 mmol/L,尤其是ChCl/p-toluenesulfonic acid其对单增李斯特菌的MIC值和MBC值分别高达30 mmol/L和50 mmol/L;经28天生物降解性实验后,所有的深度共熔溶剂生物降解率均超过69.3%,均属友好型易生物降解的溶剂。为了拓展深度共熔溶剂的应用,本论文尝试将其用于槐米中芦丁的萃取。在所制备的深度共熔溶剂中,发现ChCl/triethylene glycol为芦丁的最佳萃取溶剂。单因素优化实验表明,最佳萃取条件为:1.0 g槐米细粉在10 m L含水量为20%、组分摩尔比为1:4的ChCl/triethylene glycol的溶剂中,65℃下,萃取20 min,可得芦丁270.3 mg,萃取效率达96%。通过单因素、响应面Box-Behnken Design(BBD)试验对萃取条件进行优化,得最佳水分含量、最佳萃取时间、最佳萃取温度,最佳液固比、最佳溶剂组分摩尔比分别为18%、28 min、70℃、10 m L/1 g、1:4。在上述条件下芦丁萃取量为279.9 mg/g,接近理论预测值272.5 mg/g,说明BBD实验模型具有良好的拟合性。萃取样液采用大孔树脂吸附法进行分离提纯及后续精制,收率达到62.7%。经核磁结构鉴定确为芦丁,纯度达95.5%。在抗氧化活性评估实验中,芦丁清除DPPH自由基的IC50值为5.68μg/mL、清除超氧负离子自由基的IC50值为0.19 mg/m L、清除羟基自由基的IC50值为0.28 mg/m L,说明芦丁有很好的抗氧化性,是优良的自由基清除剂。本研究为新型、绿色溶剂的理性设计制备提供了一定指导作用,不仅促进了绿色萃取天然活性物质的研究发展,而且拓展了深度共熔溶剂的应用范围。
