способ получения бетулина

Формула изобретения

Способ получения бетулина формулы:



гидролизом бересты при кипячении в водном растворе 15-25%-ной щелочи при гидромодуле 8-10 и экстракцией спиртом с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что гидролиз бересты проводят при интенсивном перемешивании в присутствии спирта С₃ или C₄ в течение 3-4 ч, а бетулин выделяют после расслоения реакционной массы, отделения спиртового слоя, его концентрирования с последующей промывкой сухого остатка водой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к выделению ценных химических продуктов из отходов переработки древесины, а именно к способу получения бетулина формулы I из бересты березы, используемого в медицинской и парфюмерной отраслях промышленности.

Известен способ получения бетулина, заключающийся в том, что бересту предварительно измельчают в водной щелочи и экстрагируют изопропиловым спиртом. Выход бетулина 26% от веса сухой бересты (SU 382657, опубл. 1973).

Измельчение бересты в водном растворе щелочи является сложным в технологическом плане, так как производится механическим путем и поэтому требует больших затрат. Кроме того, недостатком данного способа является длительность операции извлечения бетулина и вследствие этого малая эффективность процесса.

Известен также способ получения бетулина путем обработки бересты водным раствором щелочи, сушки полученного продукта и последующей вакуумной разгонки сухого щелочного гидролизата при 230-245°С и остаточном давлении 10-14 мм рт.ст. Выход бетулина 50% от содержания его в бересте (Штанько И.Г. Получение бетулина и синтез сложноэфирных пленкообразователей на его основе. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - М., 1953, МХТИ им. Д.И.Менделеева).

Недостатками описанного выше способа является низкий выход целевого продукта (до 26% от веса сухой бересты или не более 60% от его содержания в бересте), низкое качество бетулина (во всех случаях бетулин получается серого или желтого цвета и не приводится его температура плавления), длительность операций извлечения и вследствие этого малая эффективность процесса.

Известен способ получения бетулина из бересты, включающий активацию бересты в условиях неизобарного парокрекинга (взрывного автогидролиза) при температуре 180-260°С, давлении 2-5 МПа в течение 1-5 мин в присутствии щелочи (щелочной гидролиз) с последующей экстракцией бетулина спиртом (RU 2131882, опубл. 20.06.99). В данном способе совмещены стадии активации бересты и щелочного гидролиза, но экстракция бетулина спиртом является отдельной стадией.

Данный способ проведения взрывного гидролиза бересты в присутствии щелочи является сложным в техническом и технологическом исполнении. Процесс взрывного автогидролиза осуществляется на небольших экспериментальных установках объемом до нескольких литров и в настоящее время не может быть реализован в более крупных реакторах.

Известен способ получения бетулина, включающий активацию бересты ударно-акустическими импульсами, щелочной гидролиз и экстракцию бетулина спиртом, которые проводят одновременно. Далее бетулин осаждают из упаренного раствора при разбавлении его водой и отделяют фильтрованием (RU 2264411, опубл. 20.11.2005).

В данном способе совмещены стадии активации, щелочного гидролиза и экстракции бетулина спиртом, но способ требует наличия ударно-акустической установки.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения бетулина из бересты, заключающийся в том, что бересту, измельченную до частиц размером 1-3 мм, гидролизуют в водном растворе 15-25%-ной щелочи при гидромодуле 5-6, температуре 100°С в течение 1-2 ч, затем бетулин выделяют из гидролизованной реакционной массы экстракцией метанолом, этанолом или изопропанолом (RU 2340624, опубл. 10.12.2008).

Недостатком данного способа является его технологическая сложность, так как способ включает две стадии: стадию гидролиза бересты в водной щелочи и последующую экстракцию гидролизованной бересты спиртом. Затем следует довольно продолжительное выделение целевого продукта, а именно фильтрация горячей водно-спирто-щелочной реакционной массы, полная отгонка спирта из водно-спирто-щелочного гидролизата, последующая фильтрация остатка содержащего бетулин и продолжительная отмывка водой бетулина сырца на фильтре от продуктов гидролиза бересты и щелочи.

Технический результат изобретения - упрощение способа за счет совмещения стадий щелочного гидролиза бересты и экстракции спиртом, сокращение его продолжительности.

Технический результат достигается тем, что в способе получения бетулина гидролизом бересты березы в водном растворе 15-25%-ной щелочи кипячением при гидромодуле 8-10, экстракцией реакционной массы спиртом и последующим выделением целевого продукта, согласно изобретению гидролиз бересты проводят при интенсивном перемешивании в присутствии спирта С₃ или С₄ в течение 3-4 ч, а бетулин выделяют после расслоения реакционной массы концентрированном спиртового слоя и промывкой сухого остатка водой.

При гидролизе бересты в водном растворе щелочи в присутствии изопропанола было обнаружено, что при прекращении перемешивания постепенно происходит расслоение реакционной массы и образуются две жидкие фазы. Нижний слой содержит водную щелочь и растворимые в ней вещества щелочного гидролиза бересты. Верхний слой содержит изопропанол и растворенный в нем бетулин. Отделяя верхний изопропанольный слой и концентрируя его, выделяют бетулин. Бутанол и изобутанол, используемые в процессе гидролиза бересты, хорошо растворяют бетулин и также образуют двухфазную систему, что дает возможность использовать их для извлечения бетулина из реакционной смеси.

Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что отличительными от прототипа признаками являются:

- гидролиз бересты в водном растворе щелочи при интенсивном перемешивании в течение 3-4 часов в присутствии изопропанола или бутанола, или изобутанола, т.е. совмещение стадий щелочного гидролиза и экстракции спиртом С₃ или С₄ ;

- выделение бетулина концентрированием верхнего спиртового слоя, который появляется после прекращения перемешивания и отстаивания реакционной массы. В прототипе при экстрации бетулина метанолом и этанолом расслаивания реакционной массы не наблюдается.

Благодаря данным отличительным признакам, т.е. за счет совмещения стадий гидролиза и экстракции, а также за счет исключения стадий выделения бетулина: фильтрации горячей водно-спирто-щелочной реакционной массы, полной отгонки спирта из водно-спирто-щелочного гидролизата, фильтрации остатка содержащего бетулин и последующей продолжительной отмывки водой бетулина сырца на фильтре от продуктов гидролиза бересты и щелочи, значительно упрощена технология и сокращена продолжительность процесса в целом.

Способ осуществляют следующим образом.

Бересту измельчают до частиц размером от 1 до 3 мм, затем подвергают гидролизу при интенсивном перемешивании в водном растворе 15-25% щелочи при гидромодуле 8-10 в присутствии изопропанола или бутанола, или изобутанола при температуре кипения реакционной смеси (около 100°С) и продолжительности 3-4 ч. При проведении щелочного гидролиза в указнных условиях одновременно с гидролизом бересты происходит растворение выделяющегося бетулина в спирте. После прекращения перемешивания происходит расслаивание реакционной массы. Верхний слой - спиртовый раствор бетулина, имеющий желтую окраску, - отделяют от темно-коричневого водно-щелочного слоя и подвергают концентрированию, выпавшие кристаллы бетулина отделяют фильтрованием и промывают на фильтре водой.

Предлагаемый способ позволяет достичь 95-97%-ной степени извлечения бетулина из бересты.

Пример конкретного выполнения

В колбу объемом 0,5 л, снабженную обратным холодильником и мешалкой, загружают 10 г бересты, предварительно измельченной до частиц размером от 1 до 3 мм, заливают 100 мл 20% раствора гидроксида калия и 250 мл изопропанола и при интенсивном перемешивании кипятят в течение 4 ч. После прекращения перемешивания и кипения реакционная масса расслаивается на два слоя. Верхний слой, раствор бетулина в изопропаноле, отделяют и концентрируют до полного удаления растворителя, остаток разбавляют водой затем отфильтровывают, промывают на фильтре водой до нейтральных промывных вод и высушивают. Выход бетулина составил 25,2% от веса абсолютно сухой бересты.

Выход бетулина, выделенного из бересты гидролизованной в водном растворе гидроксида калия или гидроксида натрия в присутствии изопропанола, бутанола или изобутанола, приведен в таблицах 1 и 2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить способ получения бетулина за счет совмещения стадий гидролиза бересты и экстракции реакционной массы. Значительно упрощено выделение целевого продукта.