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Procédé d'obtention du 1-rhamnoside de 6-méthyl-1,3,8-trihydroxyanthraquinone par extraction conditionnée de Rhamnacées La présente invention est relative à l'extraction et à l'isolement d'un dérivé anthraquinonique d'origine naturelle.
On a depuis longtemps reconnu qu'une assez grande variété de dérivés quinoniques, principalement des polyhydroxyanthraquinones, existent à l'état libre ou combiné dans un certain nombre de plantes et notamment de celles appartenant à la famille des Rhamnacées. Dans tous les cas où un procédé de synthèse satisfaisant, permettant d'obtenir des produits purs, n'a pas encore été mis au point, il est intéressant pour l'industrie de recourir à ces matières premières d'origine végétale, pour autant que l'on dispose cette fois d'un procédé permettant une extraction sélective et d'un rendement satisfaisant.
En ce qui concerne plus spécialement le 1-rham- noside de 6-méthyl-1,3,8-trihydroxyanthraquinone, appelé aussi franguline, ce composé n'a jamais été isolé à l'état pur autrement que par des méthodes de laboratoire visant à en établir la structure chimique et à en définir les caractéristiques, par exemple le point de fusion, d'une manière aussi précise que possible. On pouvait alors se contenter d'un rendement moyen.
Les méthodes utilisées (par exemple par M. Bridel et C. Charaux, C.R. Acad. Sci. Paris (1930) p. 1151- 1374) n'étaient pas davantage transposables à l'échelle industrielle, en raison de l'emploi de solvants très volatils et inflammables, tels que l'éther éthylique. Enfin, comme le souligne R.H. Thomson dans son ouvrage intitulé Naturally occurring quinones (Edit. Butterworth, Londres, 1959) la franguline, présente dans les écorces de certaines rhamnacées,
n'y est guère qu'à l'état combiné et les conclusions des plus récentes recherches restent assez circonspectes et quelque peu contradictoires. D'aucuns prétendent même qu'en un an, la franguline serait presque totalement transformée par dégradation enzymatique en 6méthyl-1,3,8-trihydroxyanthraquinone ou émodine. Ce point de vue est démenti par les résultats des travaux du titulaire. Il semble avoir eu pour origine l'insuffisance des procédés jusqu'alors proposés, qui tantôt n'assuraient pas une orientation efficace des réactions de dégradation moléculaire, qui conduise celles-ci jusqu'au stade de la franguline tout en les y arrêtant,
tantôt ne permettaient pas une séparation commode et suffisamment sélective de la franguline d'avec les autres composés anthraquinonoïdes ou an- thraquinoniques libérés au cours de ces réactions complexes. On sait en effet que la structure chimique de la franguline se situe entre celle de la glucofranguline, glucorhamnoside synthétisé dans la plante elle-même, et celle de l'aglucone correspondante ou émodine.
La présente invention a pour objet un procédé d'obtention du 1-rhamnoside de 6-méthyl-1,3,8-tri- hydroxyanthraquinone par extraction conditionnée de parties de plantes de la famille des Rhamnacées, plus précisément d'écorce de bourdaine, en mettant en couvre une autohydrolyse enzymatique, conduisant à coup sûr et avec un excellent rendement à un composé défini, pratiquement exempt de toute trace d'impuretés, par exemple d'autres dérivés anthraquinoni- ques de structure voisine ou apparentée.
Le nouveau, procédé conforme à l'invention pour l'obtention du 1-rhamnoside de 6-méthy11,3,8-tri- hydroxyanthraquinone par extraction conditionnée de rhamnacées, notamment l'écorce de bourdaine récoltée depuis environ un à deux ans et réduite en poudre, est caractérisé en ce que, après avoir soumis la matière première à une auto-hydrolyse enzymatique par macération dans l'eau froide, on prolonge cette
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macération après l'incorporation d'un carbonate insoluble et non toxique ajouté en poudre à raison d'envi- ron 10 % du poids de matière première,
on filtre et l'on purifie le résidu par d'abondants lavages à l'eau froide suivis de plusieurs rinçages à l'eau bouillante, on le soumet à chaud, à l'action d'un premier solvant constitué d'un mélange d'un à trois volumes d'acétate d'éthyle pour un volume d'alcool éthylique, pour extraire de sa gangue végétale la franguline brute, on concentre l'extrait obtenu à chaud, le refroidit, l'additionne d'une faible quantité d'eau et filtre le précipité, on soumet ce précipité, à froid, à l'action d'un second solvant constitué par de l'alcool méthylique pour dissoudre la plupart des impuretés encore présentes dans la franguline brute,
après quoi on recris- tallise la franguline dans un mélange à base d'alcool n-amylique, ou bien on soumet le précipité résultant de l'extraction à chaud par le premier solvant à l'action de ce même solvant, appliqué successivement à froid, à chaud et à froid et en quantité notablement insuffisante à la dissolution complète à l'ébullition, puis on fait agir de l'alcool méthylique à froid sur le produit ainsi traité, que l'on ne recristallise pas.
La recristallisation finale de la franguline est effectuée, de préférence, dans un mélange de 35 volumes d'alcool n-amylique, 50 volumes d'alcool éthylique et 15 volumes d'acétate d'éthyle.
Grâce à la réaction d'hydrolyse il se produit -la coupure de la molécule de glucorhamnoside en glucose et en rhamnoside.
En renonçant à l'opération finale et relativement coûteuse de la recristallisation dans le mélange à base d'alcool n-amylique et en faisant agir l'alcool méthylique froid comme solvant sélectif des impuretés qu'après avoir soumis le précipité issu de l'extraction à chaud par le mélange d'ester et d'alcool à l'action d'un mélange identique, appliqué successivement à froid, à chaud et à froid et en quantité notablement insuffisante à la dissolution complète à l'ébullition, on obtient également de très bons résultats.
En effet, on a constaté qu'on pouvait obtenir une franguline de grande pureté en lavant d'abord le précipité de fran- guline brute, obtenu après l'extraction à chaud, deux fois par environ douze fois son poids d'un mélange froid identique à celui utilisé pour cette extraction à chaud, en le reprenant ensuite par une nouvelle quantité du même mélange égale à environ soixante fois son poids et portant le tout à l'ébullition à reflux après agitation énergique, en refroidissant et ajoutant un peu d'eau, en filtrant lorsque la précipitation est complète et en lavant à nouveau sous agitation par deux nouvelles quantités, chacune égale à environ douze fois son poids, du même mélange froid;
la franguline ainsi purifiée ne contient plus alors qu'une minime quantité d'impuretés éliminables, comme l'a trouvé le titulaire, par deux lavages successifs par de l'alcool méthylique froid, en utilisant chaque fois environ douze volumes d'alcool pour poids de précipité, qu'on agite chaque fois pendant cinq à dix minutes et qu'on laisse reposer une demi-heure avant de filtrer. La macération aqueuse favorable à l'auto-hydro- lyse enzymatique s'effectue, de préférence, en délayant la matière première dans de l'eau froide, à raison d'environ quatre volumes d'eau froide par poids de matière première. Cette proportion n'est pas absolument critique et l'on peut utiliser un volume d'eau plus grand ou plus faible.
L'incorporation du carbonate insoluble vers la fin de la macération vise principalement à corriger toute acidité éventuelle et permet d'arrêter l'hydrolyse au stade: glucose -f- rhamnoside et non pas au stade ultime renfermant la glucose -!- la rhamnose -;- l'aglucone. De plus, l'insolubilité du carbonate de calcium dans l'eau et dans les solvants d'extractions permet de conserver cet effet correcteur d'acidité le plus longtemps possible.
Comme carbonate insoluble utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut citer le carbonate de calcium, par exemple le carbonate de calcium précipité, dont le degré de finesse est particulièrement favorable à l'effet recherché. Les produits vendus aux Etats-Unis sous les désignations commerciales Aero- matt et Albacar conviennent parfaitement pour une telle utilisation. Le carbonate de magnésium peut être également utilisé.
Après lavage abondant à l'eau froide, il est avantageux de reprendre le mélange carbonaté par de l'eau quasi bouillante, essorer et sécher à l'étuve à 70-80 C, après quoi l'on épuise par extractions répétées à température proche de l'ébullition, au moyen d'un mélange d'un à trois volumes d'acétate d'éthyle par volume d'alcool éthylique.
On a en effet constaté, d'une part, que l'acétate d'éthyle dissout sélectivement la franguline, mais que ce pouvoir solvant est cependant limité et nécessite l'utilisation d'une quantité relativement importante, d'autre part que l'alcool éthylique dissout bien la fran- guline, mais malheureusement aussi d'autres impuretés qui l'accompagnent, enfin que l'addition d'alcool éthylique à l'acétate d'éthyle dans l'intervalle des proportions indiquées accroit considérablement le pouvoir solvant de l'ester sans pour autant compromettre de manière appréciable sa sélectivité.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise un mélange à volumes égaux de ces deux solvants pour l'épuisement du mélange carbonaté de poudre d'écorce.
L'extraction à chaud terminée, il est avantageux de concentrer les extraits réunis jusqu'à environ un septième de leur volume, laisser refroidir, ajouter une très petite quantité d'eau et laisser cristalliser en glacière jusqu'au lendemain, filtrer pour séparer le précipité et le laver aussitôt par du méthanol froid en quantité environ vingt fois supérieure. Puis il est avantageux d'essorer le précipité et de le recristalli- ser aussitôt dans un mélange à base d'alcool n-amyli- que. De préférence, on utilise pour cette recristallisa- tion un mélange de 35 volumes d'alcool n-amylique pour 50 volumes d'alcool éthylique et 15 volumes d'acétate d'éthyle.
En effet, bien que l'emploi d'alcool n-amylique pur convienne pour une telle opéra-
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tion, il présente cependant quelques inconvénients au point de vue industriel. En utilisant un mélange dans les proportions précitées, on peut notamment opérer à une température moins élevée.
Pour la conduite de cette recristallisation, il est préférable de n'effectuer la filtration du liquide refroidi qu'après un repos complémentaire en glacière. On sèche ensuite à poids constant en étuve à 700 C. On obtient ainsi une franguline très pure, de point de fusion compris entre 246 et 248 C. L'analyse du produit (monohydrate) a fourni les résultats suivants Rhamnose. Calculé: 37,79 % -- trouvé. 38,04 0/0 Emodine. Calculé : 62,21 0/0 -- trouvé : 60,79 0/0.
Le rendement global est, suivant l'écorce de Rhamnus utilisée, de l'ordre de 3 0/0 du poids de matière première sèche. Il est donc notablement supérieur à la quantité de franguline qui, selon une estimation récente, serait contenue dans l'écorce de bour- daine et qui atteindrait seulement 0,6 à 0,8 %. La comparaison de ces chiffres confirme indirectement l'efficacité du mode opératoire conforme à l'invention.
On décrit ci-après quelques exemples de réalisation pratique de l'invention. Exemple I On délaye avec 2 litres d'eau 500 g de poudre demi-fine (tamis module 26) d'écorce de bourdaine et l'on abandonne ce mélange à température ambiante pendant quinze heures. On ajoute alors 50 g de carbonate de calcium en poudre, on mélange soigneusement et on laisse reposer une heure. On filtre et on lave la poudre trois fois à l'eau froide, chaque fois avec 1 litre d'eau. On ajoute 1 litre d'eau à la poudre encore humide, on porte tout juste à l'ébullition, on filtre aussitôt et l'on rince une fois à l'eau bouillante. On reprend la poudre par un litre d'eau froide et l'on chauffe à nouveau jusqu'à commencement d'ébullition. On filtre aussitôt et l'on rince à nouveau à l'eau bouillante.
On répète encore une fois cette opération, puis on sèche la poudre à l'étuve à 70-80 C. On dispose alors d'environ 450 g de poudre qu'on répartit dans les cartouches d'une batterie d'extracteurs de Soxhlet. On introduit dans les appareils un total d'environ 3 litres d'un mélange à volumes égaux d'acétate d'éthyle et d'alcool éthylique, on chauffe à reflux et on laisse l'extraction se poursuivre pendant quarante heures. Après refroidissement, on réunit les produits de l'extraction, en partie précipités, et on les concentre jusqu'à un volume d'environ 500 cm3. On laisse refroidir, on introduit 1 à 2 cm3 d'eau et on laisse la cristallisation se poursuivre en glacière pendant quelques heures.
A ce moment, on filtre pour séparer le précipité et on le lave en l'agitant avec environ 150 em3 de méthanol froid, on filtre, on lave à nouveau avec 150 em3 de méthanol froid, on essore et l'on recristallise aussitôt dans 150 parties d'un mélange bouillant constitué par 35 volumes d'alcool n- amylique, 50 volumes d'alcool éthylique et 15 volu- mes d'acétate d'éthyle. On laisse refroidir et, après repos de quelques heures en glacière, on sèche le précipité jusqu'à poids constant, on étuve à 700 C. On recueille ainsi 12,61 g d'un produit fondant à 2480 C, ce qui correspond à un rendement global de 2,52 0/0.
Exemple 2 Dans une cuve d'environ 120 litres de capacité, on introduit 20 kg de poudre d'écorce de bourdaine et 75 litres d'eau froide et on abandonne pendant dix- huit heures à la température ambiante en remuant de temps à autre au moyen d'un agitateur mécanique. On introduit alors 2 kg de carbonate de calcium en poudre, on mélange soigneusement et on laisse reposer le tout pendant une heure. On agite à nouveau le mélange, on filtre et on lave la poudre trois fois par agitation avec chaque fois un volume d'environ 50 litres d'eau froide. On ajoute 40 litres d'eau à la poudre humide et, dans la même cuve, on chauffe jusqu'à atteindre tout juste l'ébullition. On filtre aussitôt et l'on rince une première fois avec 20 litres d'eau bouillante.
On délaye de nouveau la poudre dans 40 litres d'eau froide et l'on chauffe à nouveau jusqu'au voisinage de l'ébullition. A ce moment, on filtre et l'on rince à nouveau par 20 litres d'eau bouillante. On sèche la poudre en étuve à 700 C. On en recueille environ 19 kg qu'on traite par 130 litres d'un mélange à volumes égaux d'acétate d'éthyle et d'alcool éthylique. On chauffe à reflux une demi-heure à 70- 750 C, puis on filtre aussitôt. On obtient un filtrat Fl et un résidu RI. On reprend ce résidu RI, encore humide, par 95 litres d'un mélange à volumes égaux d'acétate d'éthyle et d'alcool éthylique, on chauffe pendant une heure à 70-75o C et l'on filtre presque bouillant.
On obtient un nouveau filtrat F. et il reste sur filtre un résidu R.,. On répète la même suite d'opérations une troisième, une quatrième et une cinquième fois. On obtient ainsi cinq filtrats, FI, F#,, F3, F4 et F5 qu'on rassemble et concentre au septième du volume total. On ajoute 50 cm3 d'eau et on laisse reposer en chambre froide jusqu'au lendemain. On sépare alors le procédé par filtration et on le met en suspension dans environ 5 litres de méthanol froid. On agite et l'on filtre. La couleur du précipité, initialement marron, s'éclaircit dès le premier lavage métha- nolique et devient orangée. On répète une fois cette opération.
Après ces lavages au méthanol froid, on essore et recristallise la franguline dans un mélange de 35 volumes d'alcool n-amylique, 50 volumes d'alcool éthylique et 15 volumes d'acétate d'éthyle. On laisse reposer quelques heures en chambre froide, puis on filtre. Après séchage en étuve à 75o C, on recueille un produit de couleur orangée qui fond à 248- 249 C (bloc Maquenne). Le rendement est de 2,88 0/0. Exemple 3 On brasse 10 kg d'écorce pulvérisée de bourdaine avec 45 litres d'eau froide.
Après repos jusqu-'au len-
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demain matin à température d'environ 150 C, on ajoute 1 kg de carbonate de magnésium en poudre, en remuant bien, de manière à obtenir un mélange homogène. Après une heure de repos, on brasse sommairement, on filtre et on lave trois fois par agitation avec, chaque fois, 25 litres d'eau froide. On délaye par 20 litres d'eau la poudre encore humide, on porte à l'ébullition et l'on filtre dès que la température d'ébullition est atteinte. On répète cette opération et l'on sèche en étuve à 701, C. On recueille 9,6 kg de produit sec.
On y ajoute 45 litres d'acétate d'éthyle et 15 litres d'alcool éthylique, on brasse soigneusement et l'on chauffe pour maintenir la température à 70- 75,, C pendant trente minutes. On filtre sans attendre le refroidissement et l'on obtient un filtrat F'1 et un résidu R'1. On reprend ce dernier par 50 litres du même mélange d'acétate d'éthyle et d'alcool, on chauffe pendant trois quarts d'heure à 70-750 C et l'on filtre à cette même température. On répète deux fois cette dernière extraction. On réunit alors les quatre filtrats, on concentre à environ 30 litres puis on ajoute 30 cm3 d'eau et conserve en chambre froide jusqu'au lendemain.
Après filtration du précipité, on l'agite avec 4 litres de méthanol froid et l'on filtre à nouveau. On essore et l'on fait aussitôt recristalliser dans le mélange d'alcool n-amylique, d'alcool éthylique et d'ester acétique défini dans les exemples précédents. Après repos de quelques heures à froid, on filtre et l'on sèche en étuve à 700 C. On recueille une poudre orangée qui fond à 246,5-248,50 C (bloc Ma- quenne), le rendement global atteignant 2,74 %. Exemple 4 On délaye 50 kg de poudre d'écorce de bourdaine dans 210 litres d'eau et on laisse reposer dix-huit heures à température ambiante. On incorpore alors à ce mélange, de façon aussi homogène que possible, 5 kg de carbonate de calcium précipité.
Au bout d'une heure, on filtre et on lave trois fois à l'eau froide, en utilisant chaque fois environ 100 litres d'eau. Après essorage, on ajoute 100 litres d'eau, on chauffe jusqu'à atteindre une température proche de l'ébullition et l'on filtre aussitôt. On répète encore une fois cette opération, on filtre et essore et l'on sèche en étuve à 700 C. On émiette le produit et on lui ajoute 350 litres d'un mélange de deux volumes d'acétate d'éthyle et d'un volume d'alcool éthylique. On chauffe à 70- 75- C pendant 30 minutes, on filtre à chaud, on met le filtrat de côté et l'on reprend le résidu par 280 litres du mélange 2 : 1 d'ester et d'alcool. On chauffe à 700 C pendant trois quarts d'heure et l'on filtre bouillant. On renouvelle trois fois cette opération, chaque fois avec une même quantité (2801) de mélange solvant.
On réunit les cinq filtrats et l'on concentre à environ 200 litres par distillation, le solvant propre ainsi récupéré étant réutilisable pour une opération ultérieure. Après refroidissement, on ajoute 125 cm3 d'eau froide et on laisse séjourner en chambre froide pendant dix à douze heures. On filtre alors le précipité, on le lave en agitant avec 12 litres de méthanol froid, on filtre, on lave avec 12 nouveaux litres de méthanol froid, on essore et on recristallise aussitôt dans le mélange utilisé dans les trois exemples précédents. On attend quelques heures, on filtre et l'on sèche en étuve à 700 C.
On obtient, avec un rendement de 2,91 %, un produit orangé fondant à 246-248 C (bloc Maquenne). Exemple 5 On brasse lentement pendant dix-huit heures à la température ambiante environ 40 kg de poudre d'écorce de bourdaine dans 200 litres d'eau froide. On introduit alors 4 kg de carbonate de calcium en poudre, on mélange bien et on laisse reposer pendant une heure. On brasse à nouveau, on filtre et on lave la poudre humide en l'agitant à trois reprises avec chaque fois une centaine de litres d'eau froide. Après décantation et essorage, on ajoute .80 litres d'eau à la poudre humide, on chauffe jusqu'à atteindre tout juste l'ébullition, on filtre bouillant et l'on rince par 40 litres d'eau bouillante.
On délaye à nouveau la poudre dans 80 litres d'eau froide, on porte tout juste à l'ébullition, on filtre et rince à nouveau par 40 litres d'eau bouillante. Après étuvage à 7011C et émottage, on recueille environ 38 kg de poudre qu'on extrait dans des conditions analogues à celles décrites dans l'exemple 2, par successivement 250 litres et trois fois 200 litres d'un mélange à volumes égaux d'acétate d'éthyle et d'alcool éthylique.
Les liquides d'extraction sont réunis et concentrés au huitième environ du volume total. On ajoute 100 cm3 d'eau et on laisse reposer en chambre froide jusqu'au lendemain. On filtre pour séparer le précipité de franguline brute et, alors qu'il est encore humide, on l'agite énergiquement 2 fois pendant quelques minutes avec, chaque fois, 12 litres du mélange à volumes égaux d'acétate d'éthyle et d'alcool éthylique. Après filtration, on reprend le précipité humide par 60 litres du même mélange. On porte le tout à l'ébullition 5 minutes dans un appareil à reflux, en agitant énergiquement avant et après l'opération, on ajoute environ 50 cm- d'eau et on laisse refroidir jusqu'au lendemain, on filtre et on lave à nouveau, sous agitation, à deux reprises avec, chaque fois, 12 litres du même mélange.
On termine la purification en lavant deux fois et en agitant avec, chaque fois, 12 litres d'alcool méthylique froid et en filtrant après quelques minutes de repos.
On sèche la franguline à l'air libre une demi-journée, puis à l'étuve à 60,1 C pendant deux heures.
On obtient ainsi un produit d'une belle couleur jaune orangé qui fond vers 249e C (bloc Maquenne) ; le rendement est de 2,91 %.