离子液体在提取天然产物活性物质中的应用

冯靖，彭效明，李翠清，王腾，居瑞军，汤晨洋，邱晓

(北京石油化工学院 燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室 化学化工国家级示范中心，北京 102617)

离子液体是一种高效率、无污染的萃取溶剂。离子液体是由结构不同的阴阳离子组成，根据离子液体的阴离子和阳离子的结构，可以将离子液体按照阳离子和阴离子来分类。当我们在使用传统有机溶剂提取法提取天然产物中的活性物质时，总会遇到提取效率低、消耗能源大、操作毒性大的缺点，离子液体相比较传统的有机溶剂，具有无污染、节约能源、稳定性好、不易挥发等优点。利用离子液体作为溶剂，既节约了时间，同时又提高了工作效率。由此可见，离子液体作为溶剂来提取天然产物中的活性物质的研究是很有必要的。

1 离子液体的分类

离子液体可以按照不同的阴离子和阳离子来分类，按照阳离子的结构不同可以分为四大类：咪唑阳离子、季铵阳离子、季膦阳离子以及吡啶阳离子。按照阴离子的结构不同可以分为卤代与非卤代两大类，见表1。

表1 离子液体的分类Table 1 Classification of ionic liquids

2 离子液体的特性

传统的有机溶剂萃取法具有效率低、能耗高、污染大、制备周期长、资源浪费严重的缺点，新型的离子液体的许多特性可以有效的解决传统溶剂的很多缺点。提高了目标活性物质的提取率，因此有希望代替传统的有机溶剂成为新兴的溶剂，这些特性均是离子液体优于传统有机溶剂的方面。

离子液体相对传统的有机溶剂，具有的特殊性质有：高密度、熔点低、粘度高、酸性以及导电性好。除此之外，离子液体还有可设计性、热稳定性好、不挥发性、不可燃性、无异味、溶解性好、化学稳定性、蒸气压极低、不燃、不爆炸的优点。

2.1 离子液体的密度

离子液体相比较传统的溶剂密度较大，离子液体的密度是由阴阳离子决定，而阴离子对离子液体密度的影响比阳离子大，在一般情况下，除了某些吡咯盐与胍盐的密度比较小，在0.9～0.97 g/cm3范围内，大部分离子液体的密度比水大，通常密度在1.0～1.6 g/cm3范围，离子液体的密度随温度的变化与普通小分子相同，即：密度随温度的上升而下降[1]。

2.2 离子液体的熔点

熔点是评价离子液体特殊性质的重要参数之一。离子液体的熔点相比较传统的有机溶剂较低。阴阳离子的组成决定了离子液体的熔点，不同阴阳离子的离子液体熔点差异较大。分子间的作用力中的范德华力和静电力决定熔点，而分子的空间结构对称性越高，分子间作用力越强，熔点也就越高，赵继阳等[2]研究了离子液体熔点随咪唑环取代基变化的基本规律，结果显示，取代基的位置、大小、性质均会影响离子液体的熔点。

2.3 离子液体的粘度

离子液体的粘度均较高，与传统的溶剂相比较，粘度高10～1 000倍不等。离子液体的粘度主要由分子之间的作用力决定。相比较来说，阳离子的结构对粘度的影响大，阳离子的尺寸越大，粘度越高，烷基链越长，粘度越大，两者基本上成正比关系，李明英[3]研究表明，离子液体的阴离子的类型对离子液体的粘度起决定性作用。

2.4 离子液体的酸性

阴离子的结构对离子液体的酸性影响很大。例如含有Lewsi酸的离子液体，会表现出很强的酸性，正因如此，在反应中，也会起到较强催化作用，田玉奎等[4]研究了路易斯酸性离子液体催化了5-羟甲基呋喃甲醛的制备，使得最高收率达92%。

3 离子液体的萃取方式

离子液体的萃取机理分为两个部分：第一，离子液体通过与分子之间的作用力实现萃取；第二，某些离子液体可以溶解纤维素，而细胞壁的主要成分就是纤维素，这就使得要提取的物质穿过细胞壁得到释放，从而得到很好的分离，提高了提取效率。离子液体的萃取方式有很多，主要有液-液萃取、超高压辅助提取、双水相萃取、微波辅助萃取和超声强化萃取。以下主要介绍这5种萃取方式。

3.1 液-液萃取

相比于传统的有机溶剂的液-液萃取技术，离子液体的液-液萃取具有原材料用量少、离子液体可以循环利用、节约能源的优点[5-8]。徐钦良等[9]利用液-液萃取高效液相色谱的方法测定水中邻苯二甲酸酯类物质，利用的是1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，属于咪唑非卤代类离子液体，实验结果表明，在温度20 ℃，料液比1∶150的条件下，水中邻苯二甲酸酯类物质的回收率在85.2%～110%，回收率在此高于100%的原因在于误差，中国药典中规定药品的回收率在0.7～2.0，所以药品的回收率>1也是合理的，在下文中回收率>1的原因也是如此。范云场等[10]利用离子液体液-液萃取高效液相的方法测定水中的酚类物质，利用的是1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，也是属于咪唑非卤代类离子液体，结果表明，在时间40 min，pH值为5，水相的体积为60 mL 时酚类物质的回收率为87.9%～109.9%。由此可以了解到咪唑非卤代类离子液体已经广泛应用到液-液萃取中。

3.2 超高压辅助提取

离子液体超高压辅助萃取相比较其他的萃取方法具有压力高的特点，这使得萃取时间大大缩减，在很大程度上提高了萃取的效率[11-12]。王迪等[13]利用超高压辅助离子液体方法萃取牛蒡子中牛蒡苷与牛蒡苷元，利用的是溴化-1-十二烷基-3-甲基咪唑，这种离子液体属于咪唑卤代类离子液体。实验结果表明，在压力为20 MPa，提取时间2 min，料液比为1∶20条件下，目标提取物牛蒡苷与牛蒡苷元的提取率分别为37.15 mg/g和8.04 mg/g，提取时间仅为2 min，明显缩短了实验时间。所以，咪唑卤代类离子液体已经应用到超高压辅助提取的方法中。

3.3 双水相萃取

离子液体的双水相萃取具有操作条件温和、操作简便、可以连续操作、操作参数容易放大的优点[8]。此前已有研究者用咪唑类离子液体提取天然产物中的活性物质。例如陈梅梅[14]应用[Bmim]Cl与K2HPO4提取菜籽粕蛋白，离子液体属于咪唑卤代类，在离子液体浓度为350 mg/mL和K2HPO4浓度为150 mg/mL，菜籽蛋白提取率最高可达99.1%，王伟涛等[15]应用[C4mim]Br与K2HPO4提取木瓜蛋白酶，在离子液体浓度为0.3 g/mL，K2HPO4浓度为0.3 g/mL，提取温度30 ℃，目标产物的提取率最高可达91.20%。该离子液体仍然属于咪唑卤代，在最佳实验条件下，提取率分别达到了99.1%和91.20%。可见，咪唑卤代类离子液体也已经广泛应用到双水相萃取中。

3.4 微波辅助萃取

微波辅助萃取法是利用微波加热的方法来加速溶解目标萃取产物，使得目标萃取产物的释放快速且完全[5,8,16-17]。此方法具有安全稳定，操作简便等优点。贲永光等[14]利用了此方法提取了菊花中的绿原酸，应用的是1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，同样属于咪唑非卤代类离子液体，在最佳实验条件下，目标产物绿原酸的提取率为2.92%。冯洪建等[18]应用了微波辅助萃取的方法萃取柠檬皮中的果胶，利用1-丁基-3-甲基咪唑，同样属于咪唑非卤代类离子液体，在离子液体浓度1.2 mol/L，料液比1∶20，提取温度20 ℃，微波功率200 W的最佳条件下，目标产物果胶的提取率为88.5%。此方法很大程度上提高了目标产物的提取率。因此，咪唑非卤代类离子液体已经应用到微波辅助萃取当中。

3.5 超声强化萃取

超声强化萃取技术的工作原理是应用空化作用，空化作用是指在液体中的微气核空化泡在一定的声压下发生增长或者崩溃的现象。这使实验条件具有温度低、不同相之间的传质速度大的特点，因此若提取的目标产物具有热不稳定的特点，应用此方法是极为合适的[6-7,19]。陈明明等[20]应用辅助超声提取法来提取黄柏中的总生物碱，应用的是1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐，属于咪唑非卤代类，当甲醇体积分数75%，提取时间40 min时，生物碱的提取效率为5.35%。

4 离子液体在提取天然产物中活性物质的应用

离子液体在萃取天然产物中活性物质有重要作用，近年来文献中报道了离子液体萃取黄酮类化合物、生物碱、蒽醌类、木脂素、有机酸、挥发油、皂苷类等。下面主要介绍用离子液体作为溶剂萃取这7类活性物质[21-24]。

4.1 黄酮类化合物的提取

黄酮类化合物是中草药中重要的活性物质之一，其主要的药理作用有抗氧化、抗菌、抗肿瘤以及对心脑血管的保护作用等[24-25]。近年来，人们对天然产物中黄酮类化合物的研究越来越广泛[26-27]。邓永利等[28]利用离子液体辅助超声萃取法研究了半边莲中的6种黄酮类化合物，离子液体应用的是1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，属于咪唑非卤代类，当料液比1∶80，提取时间30 min，离子液体的浓度为0.6 mol/L时，目标产物的提取率在91.77%～102.53%之间。王志兵等[29]利用硅胶固载离子液体基质固相分散法提取了蜂房中的黄酮类化合物，应用了氯化1-己基-3-甲基咪唑，属于咪唑非卤代类离子液体，在样品和分散剂比例为1∶4，离子液体浓度为10%的条件下，目标提取产物的回收率在83.73%～95.32%。冯纪南等[30]利用离子液体微波辅助提取法提取了臭牡丹中黄酮类化合物，应用的离子液体是溴化1-丁基-3-甲基咪唑，利用的离子液体是咪唑非卤代类离子液体，在离子液体浓度为1.0 mol/L，料液比1∶30，微波功率500 W，提取时间为6 min时，黄酮类化合物的提取率为4.318%。实验表明，将离子液体作为新型的萃取溶剂时，在很大程度上提高了黄酮类化合物的提取效率。

4.2 生物碱的提取

钩藤中的生物碱类化合物具有清热解毒、熄风定惊的药理作用[31]，刘婷婷等[32]利用了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为离子液体微波辅助提取法提取了钩藤中的生物碱成分，该离子液体属于咪唑非卤代类，当离子液体的浓度为0.54 mol/L，料液比1∶100，提取时间8 min，目标产物4种生物碱的质量分数达到2.52 mg/g。莨菪类生物碱主要用于农药中毒、头晕目眩等，方海红等[33]应用了3种离子液体作为高效液相色谱法流动相的添加剂来萃取分离茛菪类生物碱，3种离子液体均属于咪唑非卤代类离子液体，此方法提高了分离效率，也减少了拖尾的现象。曹玺珉等[34]利用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为离子液体微萃取的方法来分离黄连和黄柏中的3种生物碱，该种离子液体属于咪唑非卤代类，结果表明，在固定了NaPF6为40 mg，离子液体的体积为70 μL，提取时间3 min时，这3种生物碱的加标回收率为96.52%～104.34%，回收率很高，因此这种方法可以用于提取生物碱。

4.3 蒽醌类的提取

蒽醌类化合物具有抗炎、清热、明目、利肝、抗癌的功效[35]。田杰等[36]利用分散液相微萃取-高效液相色谱法测定了中药材中的6种蒽醌类化合物，共应用了3种离子液体，均属于咪唑非卤代类，在300 mL盐酸溶液中加入70 mg 离子液体，300 μL分散剂的实验条件下，目标提取物的回收率在 81.7%～110.8%。

4.4 木质素的提取

木质素是酚类化合物，有很强的生物活性，具有止咳、止汗、利肝、抗氧化和抗癌的功效。史丽娟等[37]利用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为离子液体超声波辅助的方法提取杜仲皮中的木脂素，该种离子液体属于咪唑非卤代类，实验结果表明，在实验条件为：料液比1∶18，离子液体浓度0.87 mol/L，提取温度54 ℃，时间30 min的最佳条件下，木质素的提取率为11.03%。相对于传统的有机溶剂提高了木质素的提取率。

4.5 挥发油的提取

挥发油存在于多种天然产物中，例如苍术、当归和连翘等。挥发油具有很强的生物活性，具有清热解毒、抗感染、理气止痛的药理作用。翟玉娟等[38]利用1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐作为离子液体为微波吸收介质提取肉桂中的挥发油，这种离子液体属于咪唑非卤代类，提取时间仅为18 min，而传统溶剂提取法的提取时间为180 min，实验结果显示此方法较传统有机溶剂提取法可以有效地缩短实验时间，提高实验效率。

4.6 皂苷类的提取

天然产物中的皂苷类化合物具有抗炎利肝、抗肿瘤、免疫调节护脑等功效。至今，李兰杰等[39]已利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑溴化盐超声波与双水相的方法提取三七中的5种人参皂苷，离子液体属于咪唑卤代类，在离子液体浓度为10%，提取时间20 min，提取温度25 ℃，人参皂苷的回收率均在92.07%～110.55%。

5 结束语

本文详细的介绍了离子液体相比较传统溶剂的特性、两类分类方法、5种提取方法和在提取6种天然产物中活性物质当中的应用。通过本文我们得知，咪唑类离子液体在提取天然产物活性物质中应用最为广泛，正因为此类离子液体应用广泛，合成方法也研究比较透彻，因此成本也相比较其他离子液体较低。但由于离子液体的出现时间较晚，有关离子液体提取机理方面的研究还较为欠缺，随着离子液体的优势不断显现，离子液体替代传统有机溶剂必将是趋势。