中国科学院机构知识库网格
Chinese Academy of Sciences Institutional Repositories Grid
基于绿色介质的青蒿素高效纯化分离新过程研究

文献类型:学位论文

作者曹莹莹
答辩日期2022-07-01
文献子类博士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师王慧
关键词青蒿素,纯化分离,功能化壳聚糖膜,离子液体,绿色过程
英文摘要

青蒿素是世界卫生组织推荐的最有效抗疟药,自被发现以来,即引起了广大科研工作者的研究兴趣。随着研究的深入,人们发现青蒿素还具有治疗红斑狼疮、乳腺癌、胰腺癌和白血病等药理作用,未来对青蒿素的需求将越来越大。目前工业上主要以黄花蒿为原料生产青蒿素,然而黄花蒿成分复杂,猫眼草黄素、蒿酮、长链脂肪酸等蜡油成分和青蒿素结构同系物会伴随青蒿素被浸提出,导致后续纯化过程繁琐,需使用大量挥发性有机溶剂(如乙酸乙酯、丙酮等),易造成环境污染,且能耗高。开发绿色、高效的青蒿素纯化工艺不仅能够推动青蒿素产业的发展,而且是碳中和背景下的必然趋势。针对上述问题,本文提出了以功能化壳聚糖膜、离子液体为绿色介质强化青蒿素纯化分离的研究思路,设计合成了功能化壳聚糖膜吸附除去青蒿蜡油等成分,实现初步分离;进一步以功能化离子液体、刺激响应型共聚离子液体选择性分离青蒿素/青蒿烯,研究了分离过程的微观机理和动力学,获得青蒿素纯化分离新过程。主要研究内容和创新性成果总结如下:(1)为除去蜡油成分,基于蜡油的结构特点和壳聚糖材料优异吸附油脂的性能,设计合成功能化壳聚糖膜强化青蒿素和蜡油分离,实现了青蒿素粗产品纯度的大幅提升。通过一步水解法在壳聚糖膜表面接枝长烷基链,提高其疏水性,红外、EDS、XPS等表征结果证明所获得材料具有所设计结构。对比了接枝不同烷基链的功能化膜强化青蒿素纯化的效果,辛基三甲氧基硅烷改性壳聚糖膜(FCM-C8)具有较好性能。对各条件进行了单因素优化,最佳条件下,一次结晶粗产品纯度可达98%以上(不加壳聚糖膜的对照组所得青蒿素纯度:79%)。高斯计算和红外光谱分析表明FCM-C8主要通过静电、氢键等作用吸附蜡油中的多种成分。动力学研究表明,功能化壳聚糖膜吸附蜡油是快速过程,符合伪一级动力学模型,FCM-C8对蜡油的饱和吸附量为478.9 mg/g。(2)建立了COSMO-RS快速筛选具有较强青蒿素溶解能力的离子液体的方法。计算了青蒿素在903种离子液体中的无限稀释活度系数,结果表明青蒿素在离子液体中的溶解度主要取决于阴离子结构。测定了青蒿素在14种代表性离子液体中的溶解度,与COSMO-RS计算结果一致,验证了方法的可靠性。研究了青蒿素在典型离子液体中的稳定性,证实该药物在[EMIM][BF4]、[EMIM][CF3Ac]、[EMIM][NTF2]、[BPY][NTF2]、[EMIM][SCN]和[EMIM][Ac]中可稳定存在。采用超额焓分析了青蒿素与离子液体的相互作用,表明二者之间存在较强氢键作用,从而使得该类溶剂具有显著高于传统溶剂的溶解性能。(3)针对青蒿素与青蒿烯难以选择性分离的瓶颈问题,提出以结构和性能可设计的离子液体为介质分离青蒿素和青蒿烯的研究策略。通过COSMO-RS计算和实验筛选,发现N-烯丙基-N,N,N-三甲基氯化铵([AA][Cl])水溶液具有优异分离青蒿素/青蒿烯的性能。最佳条件下,当初始青蒿烯含量仅为0.8 wt%时,青蒿烯/青蒿素的分离选择性可达12.23。采用紫外光谱和分子动力学模拟分析了选择性分离的微观机制,结果表明青蒿烯与[AA][Cl]之间的π-π络合作用是高效分离青蒿烯/青蒿素的关键。对比分析了多级错流萃取与逆流萃取工艺,从溶剂用量、能耗及产品收率的角度,阐明了逆流萃取过程的优势,形成离子液体选择性分离青蒿素/青蒿烯新工艺。(4)为了解决离子液体循环利用性不佳、再生能耗高的问题,设计合成了刺激响应型共聚离子液体实现青蒿素/青蒿烯的选择性分离及介质的循环利用。在结构中引入咪唑、苯环功能基团,增强与青蒿烯的π-π络合作用,引入异丙基丙烯酰胺赋予热响应性,合成了离子液体-异丙基丙烯酰胺聚合的共聚离子液体。研究发现,所得共聚离子液体具有对温度和无机盐的双刺激响应性。通过改变共聚离子液体中离子液体含量、共聚离子液体的浓度、加入盐的浓度等条件可以精准调控其水溶液的浊点温度。高斯计算发现离子液体的引入增加了聚合物与水的相互作用,导致共聚离子液体浊点温度高于聚异丙基丙烯酰胺。拉曼光谱证明盐的加入减弱了离子之间的静电屏蔽作用,增强了共聚离子液体链之间的阳离子-π相互作用,从而引起其水溶液的盐刺激响应性。该共聚离子液体具有优异分离青蒿烯/青蒿素的性能,分离选择性随着其中离子液体含量的增加而增加,且可以通过向分离体系中加入盐、改变温度实现共聚离子液体的循环利用。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60921]  
推荐引用方式
GB/T 7714
曹莹莹. 基于绿色介质的青蒿素高效纯化分离新过程研究[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2022.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

浏览0
下载0
收藏0
其他版本

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。