Tabak enthält eine Vielzahl von Alkaloiden. Neben dem Hauptbestandteil Nikotin (2–8 %) enthält er auch Demethylnikotin (Nornikotin), Anabasin (Anabasin) und mindestens sieben Spurenalkaloide. Nikotin ist eine stickstoffhaltige Base, die aus zwei heterozyklischen Verbindungen besteht, Pyridin und Pyrrol. Das reine Produkt ist eine farblose ölige Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 246 Grad, optisch aktiv (linksdrehend) und löslich in Wasser und vielen organischen Lösungsmitteln.
Nikotin kommt in Pflanzen häufig in Form von Salzen mit organischen Säuren wie Zitronensäure und Apfelsäure vor. Beim Extrahieren kann Tabak häufig mit einer anorganischen starken Säurelösung erhitzt und dann mit Alkali neutralisiert werden, um Nikotin freizusetzen. Anschließend wird mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert und das Lösungsmittel verdampft, um Nikotin zu erhalten. Da es flüchtig ist, kann es durch Wasserdampfdestillation extrahiert werden.
Da Nikotin eine Flüssigkeit ist, ist es außerdem schwierig, es zu trennen und zu reinigen. Daher wird Nikotin häufig mit Pikrinsäure umgesetzt, um Nikotin-Dipikrat-Kristalle zu bilden, die sich leicht verarbeiten lassen.
I. Experimentelle Schritte
(I) Wasserdampfdestillationsverfahren
1. Instrumente, Medikamente und experimentelle Materialien
(1) Instrumente 250-ml-Rundkolben, 250-ml-Becherglas, 50-ml-Erlenmeyerkolben, Wasserdampfdestillationsgerät, 200-Grad-Thermometer und Reagenzglas.
(2) Arzneimittel und Versuchsmaterialien 5 g trockener Zigarettenstaub (oder 5 Zigaretten ohne Papier), 10%ige Gerbsäurelösung, 0,05%ige Kaliumpermanganatlösung, 10%ige Schwefelsäurelösung, Jod-Kaliumjodid-Reagenz, 30%ige Natriumhydroxidlösung, Phenolphthalein, Kaliumquecksilberjodid-Reagenz, 20%ige Essigsäurelösung und gesättigte Pikrinsäurelösung.
2. Extraktion
Wiegen Sie 5 g trockenen Zigarettenstaub (oder 5 Zigaretten ohne Papier) in einen 250-ml-Becher, geben Sie 50 ml 10 %ige Schwefelsäurelösung hinzu, rühren Sie kontinuierlich um und erhitzen Sie das Ganze 20 Minuten lang zum Kochen (Hinweis: Geben Sie während des Kochens eine entsprechende Menge Wasser hinzu, um die Verflüchtigung auszugleichen). Nach leichtem Abkühlen geben Sie langsam 30 %ige Natriumhydroxidlösung (ca. 40 ml) zum Neutralisieren hinzu und testen Sie mit Lackmuspapier, bis es offensichtlich alkalisch ist. Übertragen Sie die Mischung in einen 250-ml-Rundkolben und geben Sie 2 bis 3 Zeolithe hinzu. Führen Sie eine Wasserdampfdestillation durch. Stoppen Sie die Destillation, wenn etwa 12 ml Destillat gesammelt sind. Führen Sie Eigenschaftsexperimente mit dem Destillat durch.
3. Eigenschaften von Nikotin
Nehmen Sie sechs saubere Reagenzgläser, geben Sie in jedes 2 ml Nikotinlösung und führen Sie dann die folgenden Schritte aus:
(1) Gib 1 Tropfen Phenolphthalein in das erste Reagenzglas. Welche Farbveränderungen treten auf?
(2) Geben Sie 1-2 Tropfen 0,05%ige Kaliumpermanganatlösung und 10 Tropfen 10%ige Schwefelsäurelösung in das zweite Reagenzglas, schütteln Sie das Reagenzglas und beobachten Sie, welche Farbänderungen auftreten.
(3) Geben Sie 2 Tropfen Jod-Kaliumjodid-Reagenz in das dritte Reagenzglas. Welche Phänomene treten auf?
(4) Gib 5 Tropfen einer gesättigten Pikrinsäurelösung in das vierte Reagenzglas. Welche Phänomene treten dabei auf?
(5) Gib 2-3 Tropfen einer 10%igen Gerbsäurelösung in das fünfte Reagenzglas. Welche Phänomene treten auf?
(6) Gib drei Tropfen einer 20%igen Essigsäurelösung und fünf Tropfen Kaliumquecksilberiodid in das sechste Reagenzglas. Welche Phänomene treten auf?
(II) Pikrat-Methode
1. Instrumente, Medikamente und experimentelle Materialien
(1) Instrumente Filtrationsgerät, 150-ml-Scheidetrichter, 100-ml-, 150-ml-, 250-ml-Becher, kleiner poröser Trichter, 50-ml-Erlenmeyerkolben, Glaswolle, Filterpapier, Watte, Wasserbad.
(2) Arzneimittel und Versuchsmaterialien 8,5 g trockener Tabakstaub, 78 ml Chloroform, Methanol, gesättigte Pikrinsäure-Methanol-Lösung, 5%ige Natronlauge.
2. Extraktion
Wiegen Sie 8,5 g trockenen Tabakstaub genau ab, geben Sie ihn in ein 250-ml-Becherglas, fügen Sie 100 ml 5%ige Natriumhydroxidlösung hinzu und rühren Sie 20 Minuten lang um. Gießen Sie die Mischung zur Filtration in einen Büchner-Trichter (ohne Filterpapier, aber mit einer Schicht Glaswolle am Boden) und drücken Sie den Tabakstaub aus, um mehr alkalische Lösung herauszupressen. Legen Sie die Tabakblätter zurück in das ursprüngliche Becherglas, fügen Sie zum Waschen 2 ml destilliertes Wasser hinzu (unter Rühren), filtern Sie sie dann erneut und kombinieren Sie die beiden Filtrate.
Das Filtrat in einen Scheidetrichter geben und zur Extraktion 25 ml Chloroform hinzufügen. Den Inhalt des Scheidetrichters leicht schütteln, stehen lassen und die Schichten trennen. Die untere Schicht (organische Phase) in einen 150-ml-Becher geben und die obere Schicht (wässrige Phase) zweimal mit 50 ml Chloroform extrahieren. Die drei Extrakte kombinieren und alle Extrakte vorsichtig in einen 150-ml-Rundkolben gießen. In einem Wasserbad erhitzen und destillieren, um das Chloroform zurückzugewinnen. Wenn 8–10 ml Lösung übrig sind, den Kolben sofort abkühlen und alle Extrakte in einen 50-ml-Rundkolben geben. Den ursprünglichen Kolben mit 3 ml Chloroform waschen und beides in dem 50-ml-Kolben kombinieren. In einem Wasserbad erhitzen und destillieren, um alles bis zur Trockene zu konzentrieren. Es bleibt eine kleine Menge Öl oder fester Rückstand übrig. 1 ml destilliertes Wasser hinzufügen und vorsichtig schütteln, um den Rückstand aufzulösen 4 ml Methanol hinzufügen (es bildet sich sofort ein gelber Niederschlag). Diese Methanollösung durch einen mit Glaswolle gepolsterten Trichter passieren und in ein 100-ml-Becherglas filtern und einmal mit 5 ml Methanol waschen (das Filtrat sollte zu diesem Zeitpunkt klar und frei von Schwebstoffen sein, andernfalls muss es erneut gefiltert werden). 10 ml gesättigte Pikrinsäure-Methanol-Lösung hinzufügen und sofort ein flockiges, gelbliches Nicotin-Dipikat ausfällen. Unter reduziertem Druck mit einem kleinen porösen Trichter oder einem mit Filterpapier gepolsterten Glasnageltrichter filtern.
Ausbeute: ca. 50 mg.
3. Rekristallisation
Geben Sie das erhaltene Nicotin-Dipikat in einen 50-ml-Erlenmeyerkolben und fügen Sie unter Erhitzen nach und nach eine heiße 50%ige (Volumenverhältnis) Ethanol-Wasser-Lösung hinzu, bis sich der Feststoff gerade aufgelöst hat. Lassen Sie es stehen und abkühlen, und es werden lange, hellgelbe prismatische Kristalle erscheinen (da der Kristallisationsprozess langsam ist, ist es am besten, den Erlenmeyerkolben mit einem Stopfen zu verschließen und bis zum nächsten Experiment stehen zu lassen). Filtern Sie es unter reduziertem Druck mithilfe eines kleinen porösen Trichters oder eines mit Filterpapier gepolsterten Glasnageltrichters und trocknen Sie es über Nacht. Sammeln Sie das Produkt und bestimmen Sie den Schmelzpunkt.