Organisch-chemisches Fortgeschrittenenpraktikum Isolierung von Aescin aus Rosskastanienpulver Universität Leipzig Institut für Organische Chemie WS 2011/2012 Betreuer: Prof. Dr. D. Sicker Studentin: Heike Konow
Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung... - 3-2. Diskussion der Ergebnisse... - 4-3. Experimenteller Teil... - 5-4. Literaturverzeichnis... - 6-5. Anhang... - 6 - - 2 -
1. Einleitung Der Naturstoff Aescin (u.a. als Escinol bezeichnet, CAS-Nr.: 6805-41-0) wird aus den Früchten der Rosskastanie Aesculus hippocastanum L. gewonnen. Bei dem isolierten Aescin handelt es sich um ein Stoffgemisch aus α-aescin und β- Aescin, da beide Stoffe zusammen auskristallisieren. Aescin gehört zur Gruppe der Saponine. Die Frucht der Rosskastanie besteht zu 3-8 % aus α-aescin (Flavonoide 0,2-0,3 %; fettes Öl 6,5 %; Eiweiß 7-11 %, Stärke 50 %). Der Anteil an β-aescin beträgt ca. 40 %. Die Anteile der Inhaltsstoffe können jedoch jährlich leicht variieren, da es sich hier um eine Biosynthese handelt, die schwankenden Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Das Saponin Aescin ist aus einem Glykosid mit einer Saccharideinheit aus drei Zuckermolekülen aufgebaut, welches beim β-aescin β-glykosidisch an ein steroidisches Aglycon geknüpft ist. Das α-aescin ist dementsprechend α-glykosidisch verknüpft. Die Struktur des Aglycons beruht auf einem Triterpengerüst. Dieses ist durch verschiedene Säuren modifizierbar. Abbildung 1: Struktur von β-aescin 1 [1] 1 Die Anwendung der antiexsudativ* und ödemprotektiv** wirkenden Substanz findet sowohl äußerlich, als auch innerlich statt. Anwendungsgebiete sind chronische Veneninsuffizienz, sowie Blutergüsse, Verstauchungen und Ödeme. * antiexsudativ - Hemmung des Austritts von Flüssigkeit aus Gefässen im Rahmen einer Entzündung (Exsudation) ** ödemprotektiv - Gewebe vor Ödemen schützend (von Substanzen) [1] http://www.chemicalbook.com/chemicalproductproperty_de_cb8728223.htm (18.02.12/00:15Uhr) - 3 -
2. Diskussion der Ergebnisse Bei der Isolierung des Naturstoffgemischs von α- und β-aescin aus Rosskastanien war die Ausbeute höher ausgefallen, als erwartet. Der Niederschlag besaß keine optisch erkennbaren Verunreinigungen und der Schmelzpunkt war wie beschrieben. Aus diesem Grund konnte das Vorgehen nach der Arbeitsvorschrift bereits vor der Umkristallisation beendet werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit die Menge an saurem Kationenaustauscher zu verringern, da eine Menge von 80 ml statt 100 ml von der Kapazität der Austauschaktivität bereits genügt. Nach Verwendung des Kationenaustauschers lag der ph-wert bei ca. 5, etwas über den empfohlenen Werten 3,5-3,8. Es wurde mit dieser schwach sauren Lösung nach Vorschrift weitergearbeitet, da eine längere Einwirkung des sauren Kationenaustauschers die glykosidische Bindung im Aescin spalten kann. Beim Entfernen des Lösungsmittels unter verminderten Druck erwies sich der 2 L-Kolben als sehr hilfreich. Die Lösung konnte jedoch nur auf 200 ml und nicht auf die vorgeschriebenen 100 ml eingeengt werden. Die Lösung begann bei niedrigem Druck aufgrund ihres Tensid-Charakters stark zu schäumen, dies macht eine weitere Einengung unmöglich. Die Aufnahme eines 1 H-NMR-Spektrums gestaltete sich als schwierig, da Saponine zu den natürlich vorkommenden Tensiden zählen. Ihre Struktur setzt sich aus einem hydrophilen (Saccharideinheit) und einem hydrophoben Teil (Steroid) zusammen. Das hydrophobe Anglykon ist bestrebt durch bestimmte Anordnungen die Kontaktfläche mit dem hydrophilen Lösungsmittel möglichst gering zu halten. Die Ausbildung von Mizellen würde eine NMR-Messung erschweren und viel Zeit kosten. Aus diesem Grund sollte die kritische Mizellenbildungskonzentration (cmc) unbedingt unterschritten werden. Darüber hinaus gestaltete sich die Auswertung eines 1 H-NMR-Spektrums von diesem komplexen Naturstoff generell als schwierig, da die Protonen mit eindimensionalen Spektren nicht eindeutig zugeordnet werden können und dies gilt auch für die entsprechenden Kopplungen. Das Spektrum kann lediglich für die Überprüfung der Reinheit und einen groben Überblick zu Rate gezogen werden. Die Betrachtung bestimmter ppm-bereiche gibt Auskunft, ob die sich aus der Struktur ergebenden Bereiche (z.b. Zucker) durch Peaks repräsentiert werden. Aus diesem Grund hat auch ein eindimensionales Spektrum für die unmittelbare Laborarbeit eine unbestreitbare Aussagekraft. - 4 -
3. Experimenteller Teil Basis sind Roßkastanien. Für den Versuch wurden frisch gesammelte, dann gevierteilte, geschälte (Handschuhe tragen), dann einen Tag getrocknete, danach in der Moulinette zu einem grießartigen Granulat zerkleinerte und endgültig luftgetrocknete Rosskastanien benutzt. Das bereitgestellte Material muss schon im September beim Herabfallen der Kastanien relativ aufwändig hergestellt werden (s.o.), da luftgetrocknete ganze Kastanien nach Monaten nicht mehr zu verarbeiten sind. Sie sind dann viel zu hart. Aber der Aufwand lohnte sich. Ein Ansatz besteht aus 100 g solchen Rosskastaniengranulats. Diese wurden abgewogen und mit einem großen Mörser zu einem sehr feinen Pulver zermahlen. Dabei ist das nötige Ausmaß des Zerkleinerns abhängig von der Feinheit des Granulates. Eine Lösung aus 650 ml Methanol und 350 ml dest. Wasser wurde zum Rosskastanien-Pulver zugegeben. Die resultierende grau-gelbe Suspension wurde bei 21 C für 18 Stunden gerührt. Anschließend wurde über einen Büchnertrichter das Kastanien-Pulver abfiltriert. Das Filtrat (Kastanienextrakt) wird zur Weiterverarbeitung benötigt. Der saure Kationenaustauscher (Amberlite IR 120, 80 ml, H + -Form) wurde vor seiner Verwendung dreimal mit 150 ml einer Lösung aus Methanol/dest. Wasser (50:50, v/v) gewaschen, um anhaftende Färbungen zu entfernen. Der Kationenaustauscher wurde eine Stunde mit dem obigen Filtrat bei Raumtemperatur gerührt. Nach Beendigung der Reaktion lag der ph-wert bei 5. Unter verminderten Druck wurde die Hälfte des Lösungsmittelgemisches (Methanol/dest. Wasser) aus dem abfiltrierten gelben Filtrat entfernt. Die Lösung wurde zum Auskristallisieren für 14 Stunden im Kühlschrank aufbewahrt. Der entstandene Niederschlag wurde mittels einer feinen Fritte abfiltriert, mit 50 ml Eiswasser gewaschen und anschließend im Vakuum getrocknet. Das aufgefangene Filtrat wurde unter vermindertem Druck auf 200 ml eingeengt. Der dabei weiter ausgefallende Niederschlag wurde abfiltriert und mit 50 ml Eiswasser gewaschen. Die Niederschläge wurden vereint und gewogen. Ausbeute: 3,00 g (2,65 mmol, 150 %, Prozentzahl ist auf die in der Synthesevorschrift [2] genannten Ausbeute von 2,00 g an β-aescin bezogen) Schmelzpunkt: 223-224 C - 5 -
Spektroskopische Daten: 1 H-NMR (400 MHz, CD 3 OD): δ = 0.84-2.22 (57 H, steroides Anglykon), 2.51-2.67, 2.99 (d, 2 H, J = 11.0 Hz), 3.05-4,08 (29 H, Trisaccharid), 4.10 (d, 1 H, J = 11.0 Hz), 4.41 (d, 1 H, J = 8.0 Hz), 4.53-4.60 (m, 2 H), 4.70 (d, 1 H, J = 7.5 Hz), 5.33-5.38, 5.40-5.52, 5.73-5.77, 6.79-5.83, 5.85-5.89, 6.07-6.13, 6.80-6.86 Es finden sich alle benötigten Signale an den zu erwartenden Stellen des Spektrums, ohne dass eine Zuordnung bis herab auf einzelne H-Atome zweifelsfrei möglich wäre. Spezifische Drehung: (c = 1 / CH 3 OH) [2] Isolierungsvorschrift für β-aescin von D. Sicker für das Lehramt Chemie, S.2, Abs. 3, Z.3 4. Literaturverzeichnis T. Eicher, H. J. Roth, Synthese, Gewinnung und Charakterisierung von Arzeneistoffen, G. Thieme Verlag, Stuttgart, 1986, S.232 Synthesevorschrift β-aescin von Prof. Dr. D. Sicker http://ilp.charite.de/forschung/pathobiochemiezellbiologie/ag_fuchs/projekte/sapo nine/ (17.02.12/ 23:34 Uhr) http://www.medizinalpflanzen.de/systematik/6_droge/hippoc-s.htm (17.02.12/ 23:42 Uhr) http://www.pharmawiki.ch/wiki/index.php?wiki=antiexsudativ (18.02.12/00:09 Uhr) http://www.enzyklo.de/begriff/%c3%b6demprotektiv (18.02.12/ 00:12 Uhr) http://www.pta-aktuell.de/media/pdf/2002_09_s20-25.pdf (18.02.12/00:13 Uhr) http://de.wikipedia.org/wiki/aescin (allgemeiner Lesestoff dazu) 5. Anhang 1 H-NMR-Spektrum (Messung am 24.01.2012 HK-006) - 6 -
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