Анализ эфирного масла физико-химическими методами

 

 

I.	Понятие об эфирных маслах, классификация.	2
II.	Анализ эфирных масел и сырья, содержащего эфирные масла.	6
2.1.	Качественное определение эфирного масла в лекарственном растительном сырье	7
2.2.	Исследование и стандартизация эфирных масел.	7
2.2.1.	Определение органолептических свойств	8
2.2.2.	Определение физических констант	9
2.2.3.	Определение химических констант	11
2.2.4.	Определение посторонних примесей	13
2.3.	Количественное определение эфирных масел в лекарственном растительном сырье	14
2.4.	Анализ эфирного масла физико-химическими методами	17
	Список литературы:	29

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие об эфирных маслах, классификация.

Эфирные масла — Olea aetherea — летучие жидкие смеси органических веществ, разнообразных по структуре, относящихся к различным классам соединений, преимущественно к терпеноидам, реже — к ароматическим и алифатическим.

 

Название «эфирные масла» было применено в конце XVII в., когда химический состав масел был неизвестен. Эфирными их называли потому, что они летучи, а маслами потому, что жирны на ощупь. Конечно, позднее было установлено, что в химическом отношении эфирные и жирные масла не имеют ничего общего. Жиры и жирные масла представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот: олеиновой, пальмитиновой и стеариновой. В составе же эфирных масел глицерин отсутствует. Термин эфирные масла сохранился сих пор во всех странах.

На Земле существует около 3000 растений, из которых можно добывать эфирные масла. К эфирномасличным растениям относятся высшие растения, грибы, мхи, лишайники, водоросли. В современном представлении эфирные масла — летучие жидкие смеси органических веществ, вырабатываемые растениями и обусловливающие их запах.

Терпены это ненасыщенные углеводороды с числом углеродных атомов кратным пяти. Название «терпен» происходит от слова терпентин – скипидар, который представляет собой эфирное масло хвойных. Терпены можно рассматривать как производные основной разветвленной единицы – изопрена. Разветвленный конец молекулы называют «головой», а неразветвленный – «хвостом».

 

 

           

 

изопрен

Кислородсодержащие производные терпенов называют терпеноидами. Установлено, что в молекуле терпеноидов число атомов углерода и водорода кратно С5Н8, т.е. молекуле изопрена, связанных, как правило, голова к хвосту.

В зависимости от количества входящих в соединение углеродных атомов и частиц изопрена, терпеноиды классифицируются на следующие группы:

1. Изопрены или полутерпены (полутерпеноиды) (С5Н8)
2. Монотерпены или терпены (терпеноиды) (С10Н16)
3. Сесквитерпены (С15Н24) или полуторные терпеноиды
4. Дитерпеноиды(С20Н32) – витамины группы К, хлорофилл
5. Тритерпеноиды (С30Н48)– сапонины
6. Тетратерпеноиды (С40Н64) входят в состав каратиноидов,
7. Политерпеноиды [(С10Н16)n]– каучук, гуттаперча.

Монотерпеноиды и сесквитерпены входят в состав летучих эфирных масел. Кроме этого довольно обычны «ароматические терпеноиды».

 

 

Классификация:

В зависимости от количества изопреновых звеньев

 

 

терпены делятся на:

1) полутерпены С5Н8;

2) монотерпены С10Н16;

3) сесквитерпены С15Н24.

 

Полутерпены, в основном, представлены кислотами и альдегидами:

 

изовалериановая кислота

 

Кислоты обычно входят в состав сложных эфиров, т.е. связаны с различными спиртами, например борнилизовалерианат — в эфирном масле валерианы.

Алифатические монотерпены входят в состав эфирных масел растений — роза, герань, цитрусовые, кориандр, лаванда.

гераниол		линалоол		цитраль

 

Моноциклические монотерпены: ментол, его кетон — ментон (листья мяты перечной), цинеол (листья эвкалипта, шалфея), карвон (плоды тмин), лимонен (плоды лимона).

 

ментол	ментон	1,8 цинеол	1,4 цинеол	карвон	лимонен

 

Бициклические монотерпены: камфара (камфорный лавр, камфорный базилик, виды полыни), борнеол (пихта), пинен (скипидар, сосна), туйон и туйол (трава полыни горькой, цветы пижма обыкновенной), сабинен (плоды можжевельника обыкновенного).

камфара	борнеол	пинен	туйон	туйол	сабинен

 

Сесквитерпены:

Ациклические сесквитерпены — фарнезен, фарнезол (в цветках липы):

 

 

 

 

 

                                                 

фарнезол

 

Моноциклические сесквитерпены — бисаболен (в цветках ромашки аптечной, липы):

 

 

 

 

 

                                      

бисаболен

Бициклические сесквитерпены: тип кадинена — кадинен, тип селинена — α-селинен, β-селинен (корневища аира болотного), тип азулена — азулен (цветки ромашки аптечной, цветки тысячелистника обыкновенного), гвайазулен (цветки ромашки аптечной):

 

кадинен	β-селинен	α-селинен	скелет азулена
гвайазулен		хамазулен

 

К типу селинена относятся сантонин (полынь обыкновенная) и тауремизин (полынь таврическая):

сантонин		тауремизин

 

Ароматические соединения:

тимол	анетол	эвгенол	ванилин

 

 

Тимол (трава чабреца, трава тимьяна), анетол (плоды аниса, плоды фенхеля), эвгенол (бутоны гвоздичного дерева, листья эвгенольной камелии).

 

 

 

 

 

Физико-химические свойства

Эфирные масла представляют собой прозрачные, бесцветные, реже различно окрашенные жидкости (например, коричное эфирное масло - темно-коричневое; тимианное - красноватое; эфирное масло тысячелистника и ромашки - ярко-синее; аира - желтоватое). Они обладают специфическим запахом и вкусом. Большинство эфирных масел легче воды, и лишь некоторые из них (эфирное масло гвоздики, корицы) имеют плотность более единицы. Под влиянием кислорода воздуха и света многие эфирные масла изменяются, постепенно окисляясь, меняют цвет (темнеют) и запах. Некоторые эфирные масла загустевают после отгонки или при хранении. Эфирные масла мало, очень мало или практически нерастворимы в воде, но при взбалтывании с водой придают ей запах и вкус. Они растворимы в жирных и минеральных маслах, спирте, эфире и других органических растворителях. Температура кипения эфирных масел колеблется от 140 до 260 °С; они оптически активны, имеют определенную температуру застывания и коэффициент рефракции. Реакция масел нейтральная или кислая, в зависимости от их состава.

 

2. Анализ эфирных масел и сырья содержащего эфирные масла.

 

Эфирные масла, которые используют в медицинской практике, должны быть стандартизованы, т.е. должны отвечать требованиям НД. Общая статья "Olea aetherea" ГФ XI изд., вып. 1, стр. 287 регламентирует приемы и порядок выполнения анализа. Частные статьи на конкретные эфирные масла включены в ГФ Х изд. и в ГФ IX изд. Анализ эфирных масел предусматривает установление их подлинности и доброкачественности, обнаружения продуктов окисления и загрязнения масла (наличия примесей-фальсификаторов) и иных веществ (жиры, вазелин, спирт, органические кислоты), а также определение количества основных компонентов эфирного масла (фенолы, спирты, сложные эфиры, кислоты, лактоны), обуславливающие его фармакологическое действие.

 

Анализ эфирных масел
Определение органолептических свойств	Определение содержания посторонних примесей	Определение числовых показателей
- цвет; - прозрачность; - запах; - вкус	- спирта; - жирных и минеральных масел; - воды	Физические константы -температура затвердевания; - плотность ; - рефракция; - угол вращения плоскости поляризации. химические константы - кислотное число; - эфирное число; - эфирное число после ацетилирования

 

2.1. Качественное определение эфирного масла в лекарственном растительном сырье

В растениях эфирные масла локализуются в различных железках, вместилищах или специализированных клетках. Их можно видеть в микропрепаратах (поверхностных и поперечных срезах): они имеют вид капель, сильно преломляющих свет. Для окрашивания эфирных масел используют реактивы: судан III, шарлаховый красный и др.

Для обнаружения азуленов, находящихся в растительном сырье в виде бесцветных предшественников – проазуленов, используют реакции, основанные на способности этих соединений переходить в окрашенные соединения под действием сильных кислот. Отдельные компоненты эфирных масел идентифицируют с использованием различных методов хроматографии.

Результаты реакции наблюдают в микроскоп.

Препарат трубчатого цветка ромашки «аптечной» помещают в концентрированную фосфорную или серную кислоту и после слабого нагревания через 1-2 мин под микроскопом наблюдают окрашивание железок в синий цвет.

Сырье помещают в пробирку, добавляют 3-5 мл реактива ЕР и кратковременно нагревают на кипящей водяной бане. В присутствии прохамазулена или азуленов в цветках ромашки примерно через 30с появляется синее или сине-зеленое окрашивание раствора.

Другие компоненты ромашки дают продукты реакции, окрашенные в желтый, коричневый или красно-фиолетовый цвет, но они проявляются, как правило, лишь при отсутствии или низком содержании азуленов. Наличие азуленовых производных в цветках и траве тысячелистника обнаруживается по появлению синего окрашивания.

Состав реактива ЕР (по Шталю):

n – диметиламинобензальдегид – 0,25 г;

о – фосфорная кислота (конц.) – 5 г;

ледяная уксусная кислота – 45 г;

вода дистиллированная – 50 г;

 

2.2. Исследование и стандартизация эфирных масел.

 

Наиболее надежные нормативы, которым должны соответствовать эфирные масла, являются стандарты ISO (Международная организация стандартов), стандарты ЕОЛ (Американская ассоциация эфирных масел), нормативы Государственной Фармакопеи Великобритании и Государственной Фармакопеи России, рекомендации по ограничению и запрещению применения некоторых масел, предложенные IFRA (Международная ароматическая ассоциация).

Для эфирных масел устанавливают подлинность и доброкачественность, основываясь на их физико-химических свойствах. С этой целью сначала проверяют органолептические показатели (цвет, запах, вкус), а затем физические и химические константы.

К физическим константам относится:

• плотность,
• угол вращения,
• показатель преломления
• растворимость в этаноле

Из химических констант основными являются

• кислотное число (КЧ),
• эфирное число (ЭЧ),
• эфирное число после ацетилирования (ЭЧ п.а.).

Данные показатели сравниваются с пределами указанными в ГФ XI изд. (ФС или ВФС) или ГОСТе.

 

2.2.1. Определение органолептических свойств

Органолептические показатели - это цвет, вкус и запах.

Цвет (и прозрачность) устанавливают, поместив 10 мл эфирного масла в цилиндр из прозрачного бесцветного стекла диаметром 2—3 cм, наблюдая в проходящем свете.

 

 

Рис.1. Определение цвета (и прозрачности) эфирного масла

 

Запах определяют следующим образом: 0,1 мл (2 капли) эфирного масла наносят на полоску фильтровальной бумаги длиной около 12 см шириной 5 см так, чтобы масло не смачивало края бумаги, и сравнивают запах испытуемого образца через каждые 15 мин с запахом  контрольного образца, нанесенного таким же образом на фильтровальную бумагу. В течение 1 ч запах должен быть одинаков с запахом контрольного образца.

 

Вкус устанавливают, прикладывая к языку полоску фильтровальной бумаги с нанесенной на нее каплей масла или смеси 1 г сахарной пудры с 1 каплей испытуемого масла.

 

2.2.2. Определение физических констант

 

Физические константы - это растворимость, температура затвердевания, плотность, показатель преломления, угол вращения плоскости поляризации.

 

Растворимость определяют в мерном цилиндре, в который наливают 1 мл масла и постепенно по 0.1 мл из бюретки приливают растворитель, указанный в частной нормативной документации. Тщательно взбалтывают. Отмечают полное растворение эфирного масла. Определение ведут при 20 °С.

 

Температуру затвердевания (кристаллизации) определяют в приборе Жукова.

Прибор Жукова представляет собой стеклянный плоскодонный двустенный сосуд или сосуд Дьюара с вакуумом между наружной и внутренней стенками.

Анализируемый продукт, нагретый на 10-20 °С выше предполагаемой температуры плавления, наливают на 3Д высоты в подогретый прибор Жукова. В отверстие прибора вставляют термометр, укрепленный на плотно пригнанной пробке так, чтобы ртутный шарик находился в середине слоя испытуемого продукта. Когда температура будет на 3-4 °С выше предполагаемой температуры застывания, начинают регистрацию температуры через каждые 30 с. Ход определения температуры затвердевания не отличается от описанного выше. Разреженный воздух между двойными стенками сосуда является плохим проводником тепла, поэтому расплавленный продукт охлаждается медленно и равномерно, что обеспечивает точность определения.

 

 

 

Рис.2. Прибор Жукова.

 

 

 

Определение плотности эфирного масла

Определение плотности эфирного масла

1. Взвесьте сухой и чистый  пикнометр с точностью 0,0002 г.

2. Заполните дистиллированной водой  немного выше метки, закройте  пробкой и выдержите в термостате  при 20°С в течение 20 минут.

3. Доведите уровень воды до  метки (с помощью свернутой в трубку

фильтровальной бумаги) и выдержите в термостате еще10 мин.

4. Взвесьте пикнометр на аналитических  весах с той же точностью

(предварительно вытрите его  и подержите под стеклом аналитических

весов 10 минут)

5. Освободите пикнометр от воды , высушите (для этого пикнометр

промойте сначала спиртом, а затем эфиром), заполните исследуемой

жидкостью и проведите те же операции, что и с дистиллированной

водой.

6. Плотность рассчитайте по формуле:

 

 

m - масса пикнометра пустого

m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой

m2 - масса пикнометра c эфирным маслом

0,99703- плотность воды при 20°С

0,0012-плотность воздуха при20°С и атмосферном давлении 760 мм рт ст.

 

Показатель преломления - рефрактометром. Показателем преломления называют отношение скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в испытуемом веществе. Это абсолютный показатель преломления. На практике определяют так называемый относительный показатель преломления, т.е. отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в испытуемом веществе. Показатель преломления зависит от температуры и длины волны света, при которой проводят определение. Рефрактометры тестируют по эталонным жидкостям, прилагаемым к приборам, или дистиллированной воде для которой n20 д = 1,3330.

 

Угол вращения плоскости поляризации определяют в поляриметре. Это величина отклонения плоскости поляризации от начального положения. Оптическое вращение - это способность вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света. В зависимости от природы оптически активного вещества вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину. Если от наблюдателя, к которому направлен свет, проходящий через оптически активное вещество, плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим и перед его названием ставят знак «+», если же плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то вещество называют левовращающим и перед его названием ставят знак «-».

 

 

3. Определение химических констант

 

Химические константы - это кислотное число, эфирное число, эфирное число после ацетилирования.

 

Кислотное число (к.ч.) - это количество мг едкого кали, необходимое для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г эфирного масла. Определяют методом алколиметрического прямого титрования.

 

изовалериановая кислота

Кислотное число (КЧ) вычисляют по формуле:  

 

,

где V – объем (мл) раствора щелочи, использованного на титрование

m - навеска (грамм) эфирного масла.

 

 

Эфирное число (э.ч.) - это количество мг едкого кали, пошедшее на омыление сложных эфиров, содержащихся в 1 г эфирного масла. Определяют методом обратного ацидиметрического титрования.

геранилацетат   избыток        гераниол     ацетат калия

(масло кориандра)

2 KOH  +  H2SO4    K2SO4  + 2 H2O

Индикатор  - фенолфталеин.

 

Эфирное число Х вычисляют по формуле: 

 

где V — объем 0,5 н. КОН, пошедший на омыление эфиров, мл

т — масса навески масла, г

28,05 — масса КОН, мг, содержащегося в 1 мл его 0,5 н. спиртового раствора. 

 

 

Эфирное число после ацетилирования обозначает массу гидрооксида калия, необходимого для омыления суммы сложных эфиров, содержащихся первоначально в 1г масла и образовавшихся при ацетилировании.

 

 

Например, в мятном масле более 4% сложных эфиров ментола с уксусной  и валериановой кислотами и свыше 46% свободного ментола.

Уксусную кислоту отмывают водой. Далее в ацетилированном масле определяют эфирное число.

2 КОН + Н2SO4    ——>   К2SO4 + 2 Н2O

Э.ч.п.а. - э.ч. = свободные спирты.

 

Процентное содержание сложных эфиров или связанных спиртов X1  вычисляют по формуле: 

 

,

где M - молекулярная масса эфира или спирта.  

 

Содержание свободных спиртов Х2 (процентное содержание) находят по формуле:

 

 

 

 

где: ΔЭ - разность между эфирным числом после ацетилирования и эфирным числом.  

 

Общее содержание спиртов X3 выражают суммой связанных и свободных спиртов: 
    X3=X1+Х2

 

 2.2.4. Определение посторонних примесей в эфирном масле

 

Примеси в эфирном масле различают посторонние (подмеси) и собственные - продукты окисления эфирного масла.

Примесь спирта, жирного масла и воды определяют специальными пробами.

Примесь терпентинного масла, воска, продуктов окисления и др. можно определить только по изменению органолептических и числовых показателей.

 

Проба

- на присутствие спирта (этанол) -

1) 1-2  капли эфирного масла  наносят на воду на часовом стекле. Наблюдают на черном  фоне. Не должно быть заметного помутнения вокруг масла.

2. 1 мл  масла в пробирке нагревают до кипения. Пробирка должна быть заткнута ватой с кристаллом фуксина. Пары спирта растворяют фуксин. Не должно быть фиолетово-розового окрашивания ваты.

- на жирные и  минеральные масла - 1 мл эфирного масла взбалтывают в пробирке с 10 мл спирта; не должно быть помутнения и капель жирного масла.

- вода  -  определяют методом дистилляции.

- примесь восков, вазелина, жирных масел, высокомолекулярных терпенов, спирта снижает показатель преломления, угол вращения плоскости поляризации, плотность эфирного масла. При растворении в спирте (этаноле) углеводороды всплывут наверх, а жирное масло каплями опустится на дно.

- продукты окисления компонентов эфирного масла легче растворяются в спирте 70-96%, они увеличивают показатель плотности, показатель преломления, увеличивают кислотное число и уменьшают эфирное число и эфирное число после ацетилирования.

- Окисление  анетола в эфирном масле аниса и фенхеля до анисового альдегида и анисовой  кислоты приводит к резкому снижению температуры затвердевания (анисовое масло не менее 15°С, фенхелевое масло - не менее 3°С).

- Продукты  окисления эфирного масла изменяют органолептические показатели.

Основные компоненты эфирного масла - это кислоты, сложные эфиры, спирты, фенолы и отдельные компоненты (цитраль, цинеол). Их количество находится  в определенных пределах.

- О содержании кислот, эфиров и спиртов судят по химическим константам.

- Содержание фенолов (ГФ—Х1, общая статья) определяют в объемных процентах по  убыли объема эфирного масла, взятого для исследования после отделения от  него фенолов (в форме растворимых в воде фенолятов при встряхивании эфирного масла с 5%-ным раствором NаОН).

Процентное содержание фенолов X4 вычисляют по формуле:

где V — объем масла, не прореагировавшего с раствором NaOH, мл (температура масла при внесении в колбу и при отсчете должна быть одинакова).

Отдельные компоненты эфирных масел определяют по методикам частной нормативной документации на каждое конкретное эфирное масло.

Например, содержание альдегидов в лимонном масле (ГФ-Х1, ст.342) определяют методом обратного титрования. Метод основан на способности цитраля реагировать с гипохлоридом гидроксиламина с образованием оксима, при этом отщепляется хлористый водород в количествах, эквивалентных цитралю:

+ МНОН-

Выделившийся хлористый водород титруют 0.5н спиртовым раствора гидроксида калия.

НС1 + КОН   -———> КСl + Н2O

 

2.2.5. Количественное определение эфирных масел в лекарственном растительном сырье

Метод 1. Для определения эфирного масла используют прибор, изображенный на рис.1. Навеску измельченного сырья помещают в широкогорлую круглодонную или плоскодонную колбу А вместимостью 1000 мл, приливают 300 мл воды и закрывают резиновой пробкой Б с обратным шариковым холодильником В. В пробке снизу укрепляют металлические крючки, на которые при помощи тонкой проволоки подвешивают градуированный приемник Г так, чтобы конец холодильника находился над воронкообразным расширением приемника, не касаясь его. Приемник должен свободно помещаться в горле колбы, не касаясь стенок, и отстоять от уровня воды не менее чем на 50 мм. Цена деления градуированной части приемника 0,025 мл. Колбу с содержимым нагревают и кипятят в течение времени, указанного в соответствующей нормативной документации на лекарственное растительное сырье. Объем масла в градуированной части приемника замеряют после окончания перегонки и охлаждения прибора до комнатной температуры. После 6—8 определений холодильник и градуированный приемник необходимо промыть последовательно ацетоном и водой. Содержание эфирного масла в объемно-весовых процентах (X) в пересчете на абсолютно сухое сырье вычисляют по формуле:

где V — объем эфирного масла в миллилитрах; m — масса сырья в граммах;W — потеря в массе при высушивании сырья в процентах.

 

Метод 2. Для определения эфирного масла используют прибор, изображенный на рис. 2. Прибор для определения эфирного масла состоит из круглодонной колбы А вместимостью 1000 мл, паропроводной изогнутой трубки Б, холодильника В, градуированной трубки приемника Г, оканчивающейся внизу спускным краном Д и сливной трубкой Е. В верхней части приемника имеется расширение Ж с боковой трубкой З, которая служит для внесения растворителя эфирного масла в дистиллят и сообщения внутренней части прибора с атмосферой. Колба и паропроводная трубка соединяются через нормальный шлиф. Градуированная трубка имеет цену деления 0,02 мл. Для заполнения прибора водой используется резиновая трубка И с внутренним диаметром 4,5—5 мм, длиной 450 мм и воронка К диаметром 30—40 мм. Перед каждым определением через прибор пропускают пар в течение 15—20 мин. После 6—8 определений прибор необходимо промыть последовательно ацетоном и водой.