Isolierung von Capsaicin

Organische Chemie.

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Chems
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Isolierung von Capsaicin

Beitrag von Chems »

Hallo,

in Zukunft würde ich mich gern an die Extraktion von reinem Capsaicin (kein Extrakt o.Ä.) ranmachen, habe bisher jedoch nur folgende Vorschrift gefunden:

http://forum.lambdasyn.org/index.php/topic,1373.0.html

Diese wirft mir aber einige Fragen auf.

Inwiefern lassen sich die Lösungsmittel ersetzen? (Chloroform und Ether, möglicherweise mit Ethylacetat; oder mit Aceton, zumindest wo keine Phasen getrennt werden müssen?)

Inwiefern ist die Behandlung mit Silbernitrat, Bariumchlorid und CO2 erfoderlich?

Folgende Absätze ergeben für mich zudem keinen Sinn:

ZITAT: Das erhaltene Filtrat wird mit Bariumchlorid-Lösung behandelt, bevor es mit dem Hauptteil der Lösung vereinigt wird.

Was für ein "Hauptteil der Lösung" ist gemeint?

ZITAT: Die erhaltene Lösung wird mit alkoholischer Kalilauge neutral eingestellt...

Wie kann etwas mit einer Lauge neutral eingestellt werden, wenn keine Säure anwesend war?

Zudem soll beim abdestillieren immer ein Öl zurückbleiben. Woher weiß ich, dass ich fertig destilliert habe? Nicht, dass man krampfhaft versucht LöMi aus dem Öl zu destillieren, und sich dieses Öl irgendwann beginnt zu zersetzen.

Was haltet ihr allgemein von dieser Extraktionsvorschrift?

Genug fragen :P

Viele Grüße
Chems
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lemmi
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von lemmi »

Bei mir funktioniert der Link nicht ... :?
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NI2
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von NI2 »

Hatte mit der Vorschrift mal angefangen und 800 g Piri Piri extrahiert, bis zum Oleoresin (das steht jetzt knapp 10 Jahre später noch rum :D) bin ich gekommen und danach ist das Projekt eingeschlafen weil es mir einfacher schien das Capsaicin zu synthetisieren (Die Säure war erstaunlich simpel, es ist das Vanillylamin das Probleme bereitet).

Das Problem der vielen Trennschritte ist das stufenweise Abtrennen der Begleitstoffe, die man andernfalls permanent in die nächsten Fraktionen schleppen würde. Ein Ersetzen der Lösungsmittel ist so krass wie du es beschreibst nicht möglich sofern man noch halbwegs nach Vorschrift arbeiten will.

Abdestilliert ist, wenn nichts mehr übergeht :D

Habe die Vorschrift wie gesagt nicht durchgezogen, aber halte sie für authentisch.
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Chems
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von Chems »

lemmi hat geschrieben: Freitag 27. August 2021, 23:03 Bei mir funktioniert der Link nicht ... :?
Ist behoben :)
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Chems
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von Chems »

Interessant wie du bereits probiert hast, nach dieser Vorschrift zu extrahieren :D
Ein Ersetzen der Lösungsmittel ist so krass wie du es beschreibst nicht möglich sofern man noch halbwegs nach Vorschrift arbeiten will.
Nichts was man nicht ausprobieren könnte, oder würde es sich überhaupt nicht lohnen? :lol:

Nach welcher Vorschrift hast du das Capsaicin synthetisch hergestellt?
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NI2
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von NI2 »

Angefangen eben... das ist doch recht langwierig und liest sich einfacher als es gemacht ist. Wenn ich mich recht entsinne hat das Auslaugen mit Ether recht lange gedauert (die Chilis waren danach eher "holzfarben") und ich habe dabei viel Ether verloren. Und dann glaube auch shcon kaum weitergemacht - keine Ahnung warum. :D
An der Stelle kann man sicherlich Ethylacetat verwenden, Aceton würde beim Auslaugen wohl auch funktionieren. Ether bietet den großen Vorteil, dass es diese ganzen fettigen Sachen gut rausholt und sich wieder leichtabtrennen lässt und falls die Extraktion dochlänger dauert und eine Weile stehen bleibt ist es inert. Ethylacetat und Aceton hingegen sind reaktiv. Im ersten Schritt wohl nicht so schlimm, sobald man danach aber nicht mehr pH-neutral arbeitet kann das Ethylacetat verseift werden während, Aceton Aldolreaktionen macht. Letztere können - wenn nach einer Extraktion nicht komplett entfernt - auch verschleppt werden und später gruselige Dinge machen. Inwiefern Ethylacetat in der Lage ist durch Umesterung die Capsaicinoide zu acetylieren weiß ich nicht, halte es aber eher für unwahrscheinlich. Da der Gehalt je nach Extraktionsgut (bei Lambda immerhin knapp 0,1%) recht gering ist und man (allgemein gesagt) einen groooßen Lösungsmittelüberschuss hat kann es passieren dass das Produkt dann schnell abreagiert, weswegen möglichst inerte Lösungsmittel wünschenwert sind. Besondersbekannt ist dieses Phänomen bei der Extraktion von Alkaloiden, welches die Stickstoffe beim Stehen über Nacht alkylieren kann und ruiniert. Größere Aufmerksamkeit hat das Thema bekommen als vor ein paar Jahren ein Paper veröffentlicht wurde welches ein Naturprodukt mit einer Diethylaminogruppe an einem Aromaten in einer - für die jeweilige Stoffklasse - sehr ungewöhnlichen und unnützen position per HPLC-MS-nachgewiesen hat. Nachforschungen haben aber belegt, dass während der Analyse/Extraktion eine Derivatisierung mit dem dem Laufmittel zugesetzten Triethylamin erfolgt war und das gewünschte Produkt einfach "wegreagiert" hat. Ich hatte mal ein ähnliches Beispiel bei dem Spuren (!) von DCM im Ausgangsmaterial in der Folgestufe (stark alkalische Bedingungen) gereicht haben um durch die Bildung von Monochlorcarben die Polymerisation einer Epoxygruppe zu katalysieren und ich nur nach 10 minuten nur noch ziemlich teure Plasikklumpen aus dem Kolben fischen konnte. Daher sind nicht-inerte Lösungsmittel durchaus etwas, wobei man sich Gedanken machen sollte ob es Reaktionen geben kann.
Habe mir die Vorschrift jetzt aber auch nicht nochmal en détail angeschaut. Beim überfliegen wird aber stets vor dem Alkalisieren das Lösungsmittel entfernt. Also dem Ethylacetat würde ich durchaus eine Chance geben. Dem Aceton maximal gang am Anfang.

Das Capsaicin hat komplett synthetisch auch noch nicht geklappt. Die Säure (aus 6-Bromhexansäure, mit Wittig und iso-Butyraldehyd und nachfolgender Isomerisierung) lief aber recht gut, das cis/trans-Verhältnis entspricht ebenso den Literaturangaben, bzw kommerziellen Produkten, ist aber etwas, woran man natürliches Capsaicin im NMR stets von synthetischem unterscheiden kann. Die cis-Capsaicinoide kommen afaik in der Natur nicht vor. Die Extraktion liefert im Übrigen auch kein reines Capsaicin sondern stets das gesamte Spektrum der enthaltenen Capsaicinoide. Diese sind praktisch sehr schwer zu analysieren geschweige denn zu trennen. Mit Silbernitrat behandelte TLC-Platten (Silberionen-Chromatographie) scheinen bei geeigneter Laufstrecke die einzelnen Komponenten aber trennen zu können.
Ansonsten stehen noch ein paar Gramm der trans-8-methylnon-6-ensäure im Kühlschrank. :D

Das Vanillylamin ist aber noch einer meiner Endgegner. :wall:
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von Glaskocher »

Chems hat geschrieben: Freitag 27. August 2021, 22:36 ...
Inwiefern lassen sich die Lösungsmittel ersetzen? (Chloroform und Ether, möglicherweise mit Ethylacetat; oder mit Aceton, zumindest wo keine Phasen getrennt werden müssen?)
Wie NI2 schon schrieb: Der Ersatz eines Lösemittels verändert das System enorm in seiner Trennwirkung, aufgrund der veränderten Polaritäten. Da man in jedem Schritt auf eine bestimmte Nebenkomponente (=Verunreinigung) zielt, um diese möglichst komplett abzutrennen, ist das jeweils empfohlene Lösemittel bestimmt schon auf beste Wirksamkeit optimiert.

Beim Chloroform kann es sein, daß es durch Dichlormethan ersetzbar ist. Aber da treibt man den Teufel mit Beelzebub aus, was das Gefahrenpotential und die Beschaffung angeht.

Inwiefern ist die Behandlung mit Silbernitrat, Bariumchlorid und CO2 erfoderlich?
Jeder Schritt trennt eine Substanz oder Substanzklasse an Nebenkomponenten ab. Beim Bariumchlorid sind es, wie im Text erwähnt, die Fettsäuren. Bei den anderen abgetrennten Fraktionen wäre es das Studium der Originalliteratur oder eine separate Untersuchung wert, um herauszufinden, um was es sich da handelt.
Folgende Absätze ergeben für mich zudem keinen Sinn:

ZITAT: Das erhaltene Filtrat wird mit Bariumchlorid-Lösung behandelt, bevor es mit dem Hauptteil der Lösung vereinigt wird.

Was für ein "Hauptteil der Lösung" ist gemeint?
Es ist in dem großen Text schwierig, dieses Zitat überhaupt zu finden (bei den Bildern im ersten Teil). Es wurde auch ein wichtiger Satz --> Der Rückstand wird sorgfältig mit leicht alkalischem Ethanol ausgelaugt. <-- davor weg gelassen, der den Sinn erklärt: Nach der Behandlung mit wässriger Bariumchlorid-Lösung wird vom Niederschlag abfiltriert und der Rückstand (=Niederschlag) auf dem Filter weiter behandelt, um später alle von diesen Wäschen stammenden Filtrate (Haupt- und Waschfiltrate) zu vereinigen. Ein gängiges Verfahren.
ZITAT: Die erhaltene Lösung wird mit alkoholischer Kalilauge neutral eingestellt...

Wie kann etwas mit einer Lauge neutral eingestellt werden, wenn keine Säure anwesend war?
Auch hier ist das Zitat nur schwer zu finden. Nach der Behandlung mit Bariumchlorid bzw. Silbernitrat bleiben die Anionen der Salze in Lösung und da sie zu starken Säuren gehören sinkt der pH-Wert deutlich. Das aber verändert die Löslichkeit des Capsaizins nachteilig für den Folgeschritt.
Zudem soll beim abdestillieren immer ein Öl zurückbleiben. Woher weiß ich, dass ich fertig destilliert habe? Nicht, dass man krampfhaft versucht LöMi aus dem Öl zu destillieren, und sich dieses Öl irgendwann beginnt zu zersetzen.
Man beobachtet die Kondensatmenge, die aus dem Kühler tropft. Wenn, trotz zusätzlicher Erwärmung des Heizbades un weitere 20°C kein zusätzliches Kondensat kommt, dann ist der Sumpf "trocken".
Was haltet ihr allgemein von dieser Extraktionsvorschrift? ...
Insgesamt ist die Vorschrift recht aufwändig. Das erklärt sich aber auch darin, daß im Rohextrakt viele Substanzen sind, die auf unterschiedlichen Wegen aus dem Produktstrom ausgeschleust werden müssen. Zum Teil ist es eine richtige Materialschlacht an Lösemitteln (an einer Stelle wird mit 3L Wasser in einem von mehreren Arbeitsgängen extrahiert). Bis auf einige Mengenangaben, oder ersatzweise Stoppkriterien für die Zugabe von Reagenzien, halte ich dieses Protokoll für brauchbar. Es ist sicher sinnvoll, die kurz vor Ende des zweiten Teils erwähnte Diskussion zu lesen. Da können noch weitere Hinweise drin versteckt sein. Die Originalliteratur ist sowiso Pflicht bei einer derart aufwändigen Naturstoffisolierung. Mit etwas Glück findest Du in anderen Foren (amerikanische) weitere Protokolle von Extraktionen, die zusätzliche Hinweise geben, wo irgendwelche "Fallstricke" lauern.
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lemmi
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von lemmi »

lambdasyn hat geschrieben:Unformelle Anmerkungen: ;-)

-In dem Buch „Modern alkaloids: structure, isolation, synthesis and biology“ steht: „Even in its simplified form, the Nelson protocol will deter the most enthusiast natural-product chemist.”, und das nicht ohne Grund. Ich habe die Extraktion mit längeren Pausen zwischen den einzelnen Arbeitsschritten durchgeführt, und über ein halbes Jahr gebraucht, um reines Capsaicin zu erhalten. Selbst mit einem schnelleren Arbeitstempo bracht man lange: die entstehenden Niederschläge sind sehr fein, und lassen sich nur mit Mühe filtrieren; das ausfallende Öl ist teilweise unangenehm klebrig; und selbst reines Capsaicin kristallisiert nur langsam aus.
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NI2
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von NI2 »

Deswegen habe ich es wohl auch bei Seite gelegt :angel:

Das Auslaugen hat mich - wider Erwarten - mehr Zeit und Material gekostet als erwartet. Da war dann glaube die Luft kurz raus wissend was da noch alles kommt.
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mgritsch
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von mgritsch »

Der entscheidende Hinweis ist am Ende des 2. Teils :)
„Even in its simplified form, the Nelson protocol will deter the most enthusiast natural-product chemist.”
Über 6 Monate Arbeit, eine gewaltige Lömi-Schlacht, sehr kristallisationsunwilliges Produkt, schwer zu handeln (Reizwirkung)… erfordert seeeehr viel Geduld, Motivation und Frustrationstoleranz. Mein größter Respekt für Heuteufel! Da bin ich 100% bei NI2 - eher synthetisieren.

Natürlich kannst du obendrein noch versuchen die Vorschrift zu modifizieren indem du andere Lömi benutzt, grundlegende Überlegungen kamen dazu ja schon. Wenn du über entsprechende Analytik verfügst (zB HPLC) und bei jedem Schritt (quantitativ) verfolgen kannst was mit deinem Produkt passiert, dann kann das durchaus klappen. Sonst wird das ein Blindflug mit sehr großer Chance dass am Ende einfach fast nichts übrig bleibt oder in einer Sackgasse zu landen oder das Produkt irgendwann versehentlich zu vernichten.
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NI2
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Re: Isolierung von Capsaicin

Beitrag von NI2 »

Ein erster Schritt wäre DC und eine Referenzprobe.
Zur Kristallisation: es kommt noch schlimmer: Zum einen ist der Schmelzpunkt recht niedrig, so dass man eher erstarrende Öle hat als wirklich etwas umkristallisieren kann und da die Substanzen ohne präp-HPLC nicht rein werden bekommt man erst recht keine sauberen Kristalle - wobei ich jetzt das Alkaloidspektrum des Cayenne-Pfeffers nicht kenne, eventuell ist das Capsaicin dort wesentlich reiner enthalten.

Heuteufels Artikel zeugt wirklich von großer Geduld und Durchhaltevermögen... Wie bei einem guten Musiker bei dem es so einfach aussieht dass es beim zuschauen gar nicht schwer sein kann. So ging es mir bei der Cytisin-Extraktion (ebenfalls ein Beitrag von ihm http://www.lambdasyn.org/synfiles/cytisin.html): Wunderschöne Kristalle. Habe mit Xyrofl eine große Menge der Samen geerntet und später mal versucht 50 g zu extrahieren: Habe bei der Filtration bereits aufgegeben, da es alles nur ein schleimiger Brei wurde der sich weiß Gott nicht filtrieren ließ und den Ansatz (zum Glück nur 50 g samen) verworfen. Wie auch beim Capsaicin sollte man sich vielleicht andere Wege überlegen die besser zur eigenen Arbeitsweise und der Geduld passen (ich hatte an der Synthese und der Optimierung des Capsaicins weit mehr Spaß als an einer langwierigen Extraktion - trotz vergleichbarem Zeitaufwand (das Vanillylamin hatte ich nach ~14 Versuchen erstmal bei Seite gelegt, auch wenn ich ihm beim letzten Versuch schon näher gekommen bin :D )). Für Das Cytisin hatten Xyrofl und ich überlegt, dass das Arbeiten mit Ionentauscherharzen einen vermutlich eine geeignete Lösung sein kann.

Deswegen bringt - gerade bei solchen doch recht komplizierten Sachen - ein Abweichen von erprobten Methoden schnell noch mehr Frustration rein. Wenn sich die Lösungsmittel doch nicht verhalten wie erwartet, oder die Zeit fehlt und man sie stehen lassen muss etc...
IOC

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