咪唑类离子液体提取天然化合物的工艺方法

梁 婕，王庭芳

(1.临汾职业技术学院, 山西 临汾 041000； 2.上海大学 医学院 ，上海 200444)

离子液体具有稳定性好、可设计性、可溶解等优点，其用于提取天然产物中发挥着独特的优势。天然产物是指自动物或者植物内提取适量的内源性化学成分，这些物质发挥着抗氧化等治疗效果，这也是合成部分药物的重要来源。一些天然产物广泛保存在植物细胞中，由纤维素构成的细胞壁成为提取天然产生必须解决的障碍。如果要解决纤维素提取障碍，常见方式：通过微波、机械粉碎等方式将纤维素结构进行破坏，提升天然产物提取效率。因此，探寻一种有效溶解纤维素溶剂成为提升提取率的关键。离子液体又被称为室温离子液体等，主要由有机阴、阳离子及无机阴离子构成，处于室温或近乎室温状态下得到液态物质。有研究表明，咪唑类离子液体用于处理纤维，发现其具有溶解能力好等特点，为提取天然产物提供新的发展方向。

1 离子液体用于提取天然产物主要种类

与传统有机溶剂比较，离子液体展现出热稳定性好、熔点低、可设计性等，采用这种方法提取分离操作中具有独特的优势，与其他技术合理结合显示出最佳的提取分离效果。由于离子液体比较特殊，特别是阴阳离子溶解操作时，可能与纤维素组成络合结构，有利于破坏纤维素各分子间的氢键发挥着不可替代的作用。不得不说，离子液体是高效率提取、分离天然产物常用的溶剂，其能有效简化样品预处理、提升提取率等操作。利用咪唑类离子液体对天然产物成分进行提取、分离处理。

2 天然物中提取天然化合物主要方式

2.1 传统提取方式

传统用于提取天然产物的主要方法包含超声波、有机溶剂提取、微波辅助萃取法等，以上方法各有其优势。其中，热水提取法主要特点在于操作简单、成本低等，但采用这种方式提取效率不高，资源利用度低。有机溶剂提取法中的溶剂回收、干燥等操作简单易行，但有机溶剂容易恢复、损耗较大，且会对环境产生不良影响。超声波提取法展现出省时、提取效率高、溶剂损耗少等优点，但这种方法具体应用中会受装置、设备等方面的限制。微波辅助萃取法是指通过微波加热促进溶液对于样品中目标物的萃取。综合分析发现，超声波、微波辅助这2种提取方式的主要优势为操作简单、提取操作时间短等，得以广泛用于天然产物的提取。

2.2 离子液体提取法

离子液体是一种新型的绿色溶剂，其主要特点：溶解度好、饱和蒸气压低，在越来越多的研究中得到应用。离子液体是传统容易恢复、有毒溶剂的替代品，其在化学反应、分离过程、有机合成等方面得到推广使用。有研究指出，与传统有机溶剂比较，离子液体具有用量少、灵敏度高等优点，在天然产物提取高附加值化合物中的研究日益增加。加之，离子液体对于环境比较友好，可适当增加提取化合物的范围及提取效率，成为比较优良的提取剂之一。

3 离子液体提取天然化合物的研究

3.1 阳离子的影响

采用离子液体作为萃取剂用于提取植物次生代谢物，依次筛选不同的离子液体，发现仅有2个对植物次生代谢物的提取效果较好。对于不同阳性、阴性离子液体对植物次生代谢物提取展开研究可知，与阳离子比较，阴离子对提取植物次生代谢物影响更大，其疏水作用明显优于阳离子。加之，此研究还证实阳离子碳链长度增加，会在一定程度上增加离子液体黏度及其疏水性，导致传质推动力下降，无法获得理想的提取效果。研究不同阴阳离子碱性对于植物次生代谢物影响可知，阴性离子碱性对于植物次生代谢物提取效率影响更大，如果离子液体碱性比较强，其能获得更好的植物次生代谢物提取效果。若应用[Bmim]Br、[Hmim]Br、[Hmim]BF、[Bmim]BF4种离子液体作为萃取剂，结合微波法用于提取天然化合物。实验结果证实，所选4种萃取剂，[Hmim]Br用于提取天然化合物效果最佳。若离子液体在与所用阳离子结构一样的条件下，阴离子对于天然化合物提取的影响为Br>BF。研究还指出，阳离子结构对于天然化合物提取效果的影响更好，其影响关系：[Hmim]>[Bmim]。深入分析可知，因[Hmim]的碳链明显长于[Bmim]，碳链越长表明其非极性更强，对于提取天然化合物更有利。自天然产物提取天然化合物中咪唑类离子液体碳链长度会对提取效果产生显著的影响。由于离子液体碳链长度的增加，天然化合物提取效率随之升高。碳链增长会在一定程度上增加离子液体与溶质的作用位点，使得分子间的力有所增强。当碳链较长其黏度增加，传质推动力明显削减，这种背景下会对提取率产生影响。在挑选碳链长度时，必须综合分析阴离子结果及其合成成分，以确保获得最佳的提取方案。植物次生代谢物提取所用离子液体如表2所示。

表2 植物次生代谢物提取所用离子液体

3.2 阴离子的影响

咪唑类离子液体用于提取天然产物不断增多，1-丁基-3-甲基咪唑具有成本低、合成方便等特点，满足提取天然化合物相关要求。

4 咪唑类离子液体发展方向分析

为有效解决咪唑类离子液体用于提取天然产物中出现的一系列问题，研究一种环保、合成的的新型离子液体，对于提升天然产物提取效率、开展提取处理中重复利用离子液体，这也是咪唑类离子液体未来一段时期的发展方向。由于离子液体提取操作中流失或者废弃的离子液体会在一定程度上危害环境内的微生物、水生物等。加之，离子液体内的阳离子核、阴离子等均会对毒性有所影响。从环保视角分析，主要由以下方面研究合成离子液体：(1)使用更加环保等方式，如：绿色溶液反应、原子经济性反应等实现离子液体的合成，不仅能使离子液体合成路线明显缩短，也能降低合成中有害溶剂使用率。(2)通过一些生物可再生资源或大自然中能够广泛得到原料，例如：氨基酸、胆碱等完成离子液体合成，这类液体展现出低毒性、相容性好等优点，还能依托增加脂基或者酰胺基，从而提升生物的降解性。不得不说，真正的绿色离子液体是新时期的研发发现，其用在天然产物提取中展现出良好的前景。

现阶段，通过合成处理获得的离子液体，与传统溶剂相比，价格较高。因此，想要推进离子液体规模化发展，必须注重离子液体实现巡回利用。由于离子液体的黏度较大，开展提取操作后与产物难以实施分离，容易发生离子液体回收困难的问题。开展提取时，离子液体容易与溶剂共用。分析其结构可知，这种离子液体与水、酮、醇等溶剂均有良好的相溶性，导致离子液体会残留在上述溶剂内，在一定程度上污染环境。

对离子液体进行回收，有利于降低提取操作所用成本，也能在一定程度上改善离子液体对环境产生的污染，因此，如何有效回收离子液体，这也成为研发离子液体的重要方向。目前，常见的回收方法包含蒸馏、吸附等。其中，利用减压蒸馏方式有利于有效除掉低沸点杂质，获取高纯净度的离子液体。在离子液体中加入树脂等吸附剂，通过吸附剂对混合物内的单一或多种组分进行吸附，有利于回收离子液体。在此基础上，还可依托过膜分离等方法开展回收处理，均能获得较好的效果。溶液萃取作为有效回收离子液体的方式，通过丙酮、水及丙醇混合液回收除去离子液体，其回收率高达89%。必须注意，用来回收离子液体所用成本偏高，必须进行深入的研究和分析，进而加大离子液体回收效率及规模。在此基础上，研发容易分离的离子液体，例如：聚离子、磁性离子液体成为改善离子液体难以回收的关键。有研究指出，离子液体内引进磁性基团能有效合成相应的磁性离子液体，有效调节外界的磁场强度，并由溶液内对离子液体完成回收及分离。聚离子液体是指在离子液体阴、阳离子中加入部分特殊的基团集合构成高分子聚合物。这种新研发的高分子离子液体，可以保存咪唑环中活性N原子，其进一步溶解纤维素性能。通过改变离子液体分子量有效控制温度实现效率控制，确保离子液体的回收及再利用。借助包含咪唑阳离子液体和与乙腈相结合是有效分离生育酚同系物的主要方法，这种方法能够被迅速回收，实现重复利用。

5 结语

通过咪唑类离子液体提取天然产物内的物质效果明显，但提取操作容易存在易残留、回收困难等问题，表明采用咪唑类离子液体提取天然产物提取面临一定的瓶颈。随着相关研究日益增多，咪唑类离子液体提取出现的问题得到解决，借助离子液体良好的设计性有利于研发出更环保、便于回收的提取剂，成为高效分离提取天然产物领域日后发展的方向。