DE1232583B

DE1232583B - Verfahren zur Gewinnung von organischen Verbindungen auf biochemischem Wege

Info

Publication number: DE1232583B
Application number: DEM44664A
Authority: DE
Inventors: Dr Arrien G Winter
Original assignee: Dr Madaus GmbH and Co
Current assignee: Madaus Holding GmbH
Priority date: 1960-03-14
Filing date: 1960-03-14
Publication date: 1967-01-19
Also published as: US3184887A

Description

Verfahren zur Gewinnung von organischen Verbindungen auf biochemischem Wege Die Erfindung betrifft die Gewinnung organischer Verbindungen auf biochemischem Wege und fußt auf der im Gegensatz zur seit Liebig herrschenden Auffassung stehenden Erkenntnis, daß die lebende Pflanze in der Lage ist, auch organische Stoffe verschiedensten Moiekulargewichts aufzunehmen und in ihrem Lebensprozeß in andere Stoffe, die in ihr an sich nicht enthalten sind, umzuwandeln.
Die Erfindung besteht darin, daß man einer Pflanzennährlösung einen geeigneten löslichen und resorbierbaren organischen Futterstoff zusetzt, in dieser Nährlösung höhere Pflanzen züchtet, deren Stoffwechsel zu Umsetzungen mit dem resorbierten Futterstoff befähigt ist, und nach einer geeigneten Wachstumsdauer die neugebildeten, sonst in der betreffenden Pflanze nicht enthaltenen organischen Verbindungen in an sich bekannter Weise aus der Pflanze und/oder aus der Pflanzennährlösung gewinnt.
Man kann auf diese Weise zahlreiche organische Verbindungen in größeren Mengen über die Wurzel in die heranwachsenden Pflanzen einbringen. Nur die Molgewichte und sonstige die Permeabilität bestimmende Faktoren, wie z. B. die Lipoidlöslichkeit, setzen der Aufnehmbarkeit durch die Wurzel eine Grenze. Substanzen bis zum Molgewicht von etwa 800 werden im allgemeinen leicht aufgenommen. Die aufgenommene, im normalen Stoffwechsel der betreffenden Pflanze fehlende Substanz wird nun in den Stoffwechsel der Pflanze einbezogen bzw. der Einwirkung von Pflanzenfermenten ausgesetzt. So laufen in der gezogenen Pflanze je nach Art des Futterstoffs und der Pflanze Biosynthesen ab, für die sonst die Voraussetzungen fehlen und bei denen organische Verbindungen gebildet werden, welche die betreffende Pflanze sonst nicht enthält und die beispielsweise therapeutisch interessant sein können.
Dabei ermöglicht die Anzucht der Pflanzen in einer Pflanzennährlösung (Hydroponik) mit Zugabe eines Futterstoffes die Gewinnung solcher Stoffwechselprodukte mit rationeller Ausbeute. Da Massenerträge sowohl an Wurzeln wie an oberirdischen Organen möglich sind, können die neugebildeten organischen Verbindungen daraus gewonnen werden, häufig auch aus der Nährlösung, wenn die neugebildete Substanz aus der Wurzel in die Nährlösung ausgeschieden wird.' Dabei kann die Gewinnung aus der Nährlösung wegen geringerer Beimengung anderer Substanzen mitunter einfacher sein als die Extraktion aus der Wurzel. Man kann auch mit Vorteil den Kreislauf Futterstoff in der Nährlösung - Bildung der neuen organischen Verbindung in der Wurzel -Ausscheidung der neugebildeten Verbindung aus der Wurzel in die Nährlösung nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in der Weise ausnutzen, daß man der Nährlösung kontinuierlich oder intermittierend die von der Pflanze in sie ausgeschiedenen, neugebildeten organischen Verbindungen entzieht und dafür jeweils neuen Futterstoff zusetzt.
Beispiel l In einer Pflanzennährlösung werden Bohnenpflanzen gezogen, bis das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung beträgt. Es werden dann, um Arbutin zu gewinnen, 10 g Hydrochinon je 1001 Nährlösung zugesetzt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 1 bis 3 Tagen werden die Pflanzen abgeerntet und gegebenenfalls, getrennt nach Sproß und Wurzel, getrocknet. Die Gewinnung des Arbutins aus der Droge erfolgt nach einem der bekannten Verfahren, z. B. durch Ausziehen der Droge mit heißem Wasser, Behandeln des Auszuges mit Aktivkohle und Eluieren des adsorbierten Arbutins durch Methanol. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 30 g Arbutin pro Kilogramm Gesamtdroge oder bei einzelner Aufarbeitung bis zu 50 g Arbutin pro Kilogramm Wurzeldroge und bis zu 20 g Arbutin pro Kilogramm Sproßdroge.
Zur Gewinnung des von den Wurzeln in die Nährlösung ausgeschiedenen Arbutins kann diese beispielsweise durch Aktivkohle filtriert und später das adsorbierte Arbutin durch Methanol eluiert werden.
Die Gewinnung des Arbutins kann auch so erfolgen, daß pro 1001 Pflanzennährlösung über eine Zeit von vorzugsweise 15 bis 25 Tagen täglich 0,5 bis 1 g Hydrochinon zugeführt werden. In geeigneter Weise kann dann der Nährlösung kontinuierlich oder intermittierend das von den Pflanzen gebildete und in die Nährlösung ausgeschiedene Arbutin entzogen werden, beispielsweise mittels Filtration durch Aktivkohlesäulen, aus denen das Arbutin durch Methanol eluierbar ist. Am Ende der Fütterungsperiode kann dann auch das Pflanzenmaterial zur Gewinnung von Arbutin in der eingangs angegebenen Weise aufgearbeitet werden. Beispiel 2 In einer Pflanzennährlösung werden Weizenpflanzen gezogen, bis das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung beträgt. Es werden dann, um Cotarnin zu gewinnen, 5 g Narcotin je 1001 Nährlösung zugesetzt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 20 bis 25 Tagen werden die Pflanzen abgeerntet und, gegebenenfalls getrennt nach Sproß und Wurzel, getrocknet. Die Gewinnung des Cotarnins aus der Droge erfolgt nach einem der üblichen Alkaloidaufarbeitungsverfahren z. B. durch saure Extraktion, Ausschütteln des alkalisierten Auszuges mit Chloroform, Abdampfen des Chloroforms und gegebenenfalls durch Reinigung mittels Adsorptionschromatographie. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 2 g Cotarnin pro Kilogramm Gesamtdroge oder bei einzelner Aufarbeitung bis zu 3 g Cotarnin pro Kilogramm Wurzeldroge.
Das aus den Wurzeln in die Nährlösung ausgeschiedene Cotarnin kann durch geeignete Ionenaustauscher der Lösung entzogen werden.
Ähnliche Ergebnisse erzielt man, wenn man an Stelle von Weizen beispielsweise Gartenkresse verwendet. Beispiel 3 In einer Pflanzennährlösung werden Weizenpflanzen gezogen, bis das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung beträgt. Es werden dann, um Skimmin zu gewinnen, 10 g Umbelliferon je 1001 Nährlösung zugesetzt. Dabei bleibt ein Teil des Umbelliferons zunächst wasserunlöslich. Es geht aber infolge Aufnahme des Umbelliferons in die Weizenwurzeln sukzessive in Lösung. Nach einer Zeit von vorzugsweise 20 bis 25 Tagen werden die Pflanzen abgeerntet und die Wurzeln abgetrennt. Diese werden getrocknet. Die Gewinnung des Skimmins aus der Droge erfolgt wie im Beispiel 1 ausgeführt. Dabei werden bis zu 30 g Skimmin pro Kilogramm Wurzeldroge erhalten.
Beispiel 4 In einer Pflanzennährlösung werden Weizenpflanzen gezogen, bis das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung beträgt. Es werden dann, um Umbelliferongalactosid zu gewinnen, 10 g Umbelliferon und 15 g Galactose je 1001 Nährlösung zugesetzt. Die weitere Behandlung und Aufarbeitung erfolgt gemäß Beispiel 3 bzw. 1. Durch säulenchromatographische Trennung kann das Umbelliferongalactosid von dem gleichzeitig gebildeten Skimmin getrennt werden.
Beispiel s a) In einer Pflanzennährlösung gezogene junge, etwa 8 Tage alte Weizenpflanzen mit einem Frischgewicht von vorzugsweise 15 g je Liter Nährlösung werden, um das Glucosid Phlorin zu gewinnen, mit 10 g Phloroglucin je 1001 Nährlösung gefüttert. Nach vorzugsweise 2 bis 3 Tagen werden die Pflanzen geerntet und getrocknet. Die Gewinnung des Phlorins erfolgt durch Extraktion der Droge in an sich bekannter Weise. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 50 g Phlorin je Kilogramm Droge.
b) Die Umsetzung des Phloroglucins kann auch mit jungen Weizensämlingen erfolgen: Jungen, 4 Tage alten Weizensämlingen wird, bezogen auf 1 kg Trockengewicht, 11 1 °/oige Phloroglucinlösung zugeführt. 1 bis 3 Tage später werden die Weizenkeimlinge getrocknet und die Droge in an sich bekannter Weise zur Gewinnung des gebildeten Phlorins aufgearbeitet. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 15 g Phlorin je Kilogramm trockener Droge.
Beispiel 6 In einer Pflanzennährlösung werden junge Weizenpflanzen gezogen. Hierbei sollte das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen. Um Aesculin zu gewinnen, werden dann je 1001 Pflanzennährlösung 5 g Aesculetin zugefügt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 2 bis 5 Tagen werden die Weizenpflanzen geerntet und die Wurzeln getrocknet. Zur Gewinnung des Aesculins wird die Wurzeldroge in an sich bekannter Weise aufgearbeitet. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 20 g Aesculin je Kilogramm Droge.
Beispiel ? In einer Pflanzennährlösung werden 6 Tage alte Weizenpflanzen gezogen. Hierbei sollte das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen. Um Chlorogensäure zu gewinnen, werden dann je 1001 Pflanzennährlösung 5 g p-Oxyzimtsäure zugefügt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 2 bis 5 Tagen werden die Weizenpflanzen geerntet und die Wurzeln getrocknet. Zur Gewinnung der Chlorogensäure wird die Wurzeldroge in an sich bekannter Weise aufgearbeitet. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 6 g Chlorogensäure je Kilogramm Wurzeldroge.
Beispiel 8 In einer Pflanzennährlösung werden 6 Tage alte Weizenpflanzen gezogen. Hierbei sollte das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen.
Um Chlorogensäure zu gewinnen, werden dann je 1001 Nährlösung 5 g Ferulasäure zugesetzt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 2 bis 5 Tagen werden die Weizenpflanzen geerntet und die Wurzeln getrocknet.
Zur Gewinnung der Chlorogensäure wird die Wurzeldroge in an sich bekannter Weise aufgearbeitet. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 6 g Chlorogensäure je Kilogramm Sproßdroge.
Beispiel 9 In einer Pflanzennährlösung werden 2 Monate alte Pflanzen der Solanacee Nicotiana tabacum gezogen. Hierbei sollte das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen.
Um Tropin zu gewinnen, wird dann je 1001 Nährlösung 1 g Atropin zugesetzt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 10 Tagen werden die Pflanzen geerntet und die Wurzeln getrocknet.
Zur Gewinnung des Tropins wird die Wurzeldroge in an sich bekannter Weise aufgearbeitet. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 2 g Tropin je Kilogramm Wurzeldroge.
Beispiel 10 In einer Pflanzennährlösung werden 3 Monate alte Atropa-belladonna-Pflanzen gezogen. Das Frischgewicht der Pflanzen sollte vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen.
Um Mandelsäure-tropylester zu gewinnen, werden je 1001 Nährlösung 20 g Mandelsäure hinzugefügt. Nach vorzugsweise 15 bis 20 Tagen werden die Pflanzen geerntet und getrocknet.
Die Droge wird in an sich bekannter Weise aufgearbeitet. Dabei können bis zu 10 g Mandelsäuretropylester je Kilogramm Droge gewonnen werden.
Auch bei Fütterung anderer Oxycarbonsäuren konnten entsprechende Alkaloid-Umwandlungsprodukte nachgewiesen werden.
Beispiel 11 In einer Pflanzennährlösung werden 4 Monate alte Pflanzen der Solanacee Nicotiana tabacum oder sanderae oder Datura metel gezogen. Hierbei sollte das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen.
Um Hydrastinin zu gewinnen, werden dann je 1001 Nährlösung 2,5 g Hydrastin zugesetzt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 15 bis 20 Tagen werden die Pflanzen geerntet und getrocknet.
Zur Gewinnung des Hydrastinins wird die Droge in an sich bekannter Weise aufgearbeitet. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 4 g Hydrastinin je Kilogramm Wurzeldroge und bis zu 0,9 g je Kilogramm Sproßdroge.
Die Pflanzennährlösung, die von den Wurzeln ausgeschiedenes Hydrastinin enthält, kann ebenfalls zur Gewinnung der Verbindung aufgearbeitet werden. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 0,6 g Hydrastinin je 1001 Nährlösung.
Ein ähnliches Ergebnis erhält man, wenn junge Weizenpflanzen unter sonst gleichen Bedingungen gezogen werden.
Beispiel 12 In einer Pflanzennährlösung werden 4 Monate alte Pflanzen der Solanecee Solanum lycopersicum gezogen. Hierbei sollte das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung betragen.
Um Tropinon zu gewinnen, werden dann je 100l Nährlösung 25 g L-Hyoscyan-in zugesetzt. Nach einer Zeit von vorzugsweise 10 Tagen wird das von den Pflanzen in das Tropinon übergeführte L-Hyoscyamin aus der Nährlösung in an sich bekannter Weise gewonnen. Die Aufarbeitung ergibt bis zu 9 g Tropinon je 1001 Nährlösung.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Gewinnung von organischen Verbindungen auf biochemischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß man einer Pflanzennährlösung einen für die beabsichtigte biochemische Umsetzung geeigneten, löslichen und resorbierbaren organischen Futterstoff zusetzt, in dieser Nährlösung höhere Pflanzen züchtet, deren Stoffwechsel zu Umsetzungen mit dem resorbierten Futterstoff befähigt ist, und nach einer geeigneten Wachstumsdauer die neugebildeten, sonst in der betreffenden Pflanze nicht enthaltenen organischen Verbindungen in an sich bekannter Weise aus der Pflanze und/oder aus der Pflanzennährlösung gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Pflanzennährlösung laufend die von der Pflanze in sie ausgeschiedenen, neugebildeten organischen Verbindungen entzieht und dafür neuen Futterstoff zusetzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzen in einer Nährlösung gezogen werden, bis das Frischgewicht der Pflanzen vorzugsweise 15 g/1 Nährlösung beträgt, und dann der Futterstoff in einer Menge von vorzugsweise 1 bis 10 g auf 1001 Nährlösung zugesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanze in Form von Sämlingen verwendet, ihnen die den Futterstoff in einer Konzentration von vorzugsweise etwa 1 % enthaltende Nährlösung bis zu einer Menge von etwa 11 je Kilogramm Trockengewicht zugeführt und die neugebildete organische Verbindung aus den 1 bis 3 Tage später getrockneten Sämlingen in bekannter Weise gewonnen wird.
5. Verfahren zur Gewinnung von Glykosiden nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet, daß man in einer Pflanzennährlösung, der eine glykosidierbare, insbesondere eine phenolische Hydroxygruppe enthaltende Verbindung, wie Hydrochinon, Phloroglucin, Umbelliferon, Aesculetin, als Futterstoff beigegeben ist, höhere, zu Glykosidierungen fähige Pflanzen, insbesondere Bohnen, Weizen, Gartenkresse, züchtet und nach einer geeigeneten Wachstumsdauer die gebildeten Glykoside (z. B. also Arbutin, Phlorin, Skimmin, Aesculin) in an sich bekannter Weise aus der Pflanze und/oder der Nährlösung gewinnt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pflanzennährlösung außer dem besagten Futterstoff noch ein Monosaccharid, beispielsweise Galaktose, beigegeben und nach der biochemischen Umsetzung neben dem aus Futterstoff und Pflanzenzucker gebildeten Glykosid auch das aus den beiden Futterstoffen gebildete Glykosid bzw. Galaktosid gewonnen wird.
7. Verfahren zur Gewinnung von Depsiden nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Futterstoff eine aromatische Oxysäure, insbesondere p-Oxyzimtsäure oder Ferulasäure, verwendet und nach der biochemischen Umsetzung das gebildete Depsid, insbesondere Chlorogensäuren, gewonnen wird. B. Verfahren zur Gewinnung von Alkaloid-Umwandlungsprodukten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkaloid, insbesondere Narcotin, Atropin, Hydrastin, L-Hyoscyamin, als Futterstoff verwendet und das entsprechende Alkaloid-Umwandlungsprodukt, insbesondere Cotarnin, Tropin, Hydrastinin, Tropinon, gewonnen wird. 9. Verfahren zur Gewinnung von Alkaloid-Umwandlungsprodukten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine alkaloidführende Pflanze, insbesondere Atropa belladonna, und als Futtermittel eine sich mit Alkaloiden umsetzende Verbindung, insbesondere Mandelsäure oder eine andere Oxycarbonsäure, verwendet und das entsprechende Alkaloid-Umwandlungsprodukt, insbesondere Mandelsäure-tropylester, gewonnen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 666 809; S e 1 r o p p, »Der Vegetationsversuch«, 1. Teil (1951), S. 218 und 222.