способ выделения бетулина из бересты

Формула изобретения

Способ выделения бетулина из бересты экстракцией нейтральными органическими экстрагентами, отличающийся тем, что в качестве экстрагента используют растворы диоксан - вода с содержанием последней от 0 до 20 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к области тонкого органического синтеза, а именно к технологии получения бетулина, тритерпеноида состава С₃₀Н₅₀О₂ и структурной формулы (1):

Бетулин содержится в качестве основного тритерпенового компонента в бересте (внешней коре) широко распространенных видов белых берез (Betula Pendula R.) и других в количестве около 30 мас.% в расчете на кору. В последние годы интерес к бетулину резко возрос, так как на его основе синтезируют перспективные фармацевтические препараты с противоопухолевой и антивирусной активностью [Pisha et al. Natural Medicine 1, 1995, р.1046; Evers et.al. J. Med. Chem., 1996, v.39, p.1069]. Бетулин применяется также для производства шампуней, мыла и другой парфюмерной продукции.

Известен способ выделения бетулина из бересты путем его жидкостной или суперкритической экстракции углекислым газом [US Pat 6634575 от 21.10.2003]. Его основной недостаток заключается в высоком рабочем давлении процесса - более 7 МПа и, следовательно, больших затратах на изготовление соответствующей аппаратуры.

Известен способ выделения бетулина из бересты путем его суперкритической экстракции смесями углекислого газа с различными растворителями (метанол, этанол, пропанолы, гексанол, тетрагидрофуран, диоксан, ацетонитрил, дихлорметан, аммиак, хлороформ, пропиленкарбонат, диметилацетамид, диметилсульфоксид, муравьиная кислота, вода, сероуглерод, ацетон, пропан, толуол, гексаны или пентаны) [Pat WO 0110885 от 15.02.2001]. Его основной недостаток заключается в высоком рабочем давлении процесса - 20-70 МПа и, следовательно, больших затратах на изготовление соответствующей аппаратуры.

Известен способ выделения бетулина из бересты путем ее кипячения в растворе изопропанол - вода - щелочь в течение нескольких часов [RU 2131882 от 26.03.1998]. Согласно известному способу в раствор из бересты переходит бетулин и продукты гидролиза суберина, оксикислоты С₁₀-С₂₀. Полученный раствор фильтруют, разбавляют водой и таким образом осаждают бетулин, а субериновые оксикислоты остаются в щелочном растворе. Основной недостаток известного способа заключается в низкой растворимости целевого продукта - бетулина - в изопропаноле (не более 15 г/л) и, тем более, в водно-спиртовых средах. Это требует большого расхода реагентов и, в конечном счете, приводит к низкой производительности процесса. Другой недостаток известного способа заключается в необходимости регенерации изопропанола из разбавленных водных растворов.

Наиболее близким по существу к заявляемому изобретению является способ выделения бетулина из бересты путем его экстракции нейтральными (без щелочей) растворами петролейный эфир - толуол [RU 2184120 от 27.06.2002]. В соответствии с известным способом бетулин экстрагируют смесью петролейного эфира и толуола при их соотношении от 1:1 до 7:3 в аппарате Сокслета в течение 3 ч. Бетулин выделяют из экстракта путем отгонки растворителей. Выход бетулина - 16-20 мас.% от абсолютно сухого вещества бересты, содержание целевого продукта в сухом экстракте - 90-98%.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- малый выход целевого продукта 16-20% в расчете на сырье при его содержании в бересте 30-35%;

- низкая скорость процесса - продолжительность экстракции составляет 3 ч;

- значительный уровень примесей сложных эфиров в целевом продукте, обусловленный малой полярностью используемого экстрагента.

Отмеченные недостатки известного способа обусловлены его существенными признаками - использованием петролейного эфира и толуола в качестве экстрагентов. Растворимость бетулина в них сравнительно мала (не более 10-15 г/л), и это обуславливает низкую скорость экстракции, большой расход экстрагентов и малый выход продукта при продолжительности процесса 3 ч. Сложноэфирные соединения в этих растворителях достаточно хорошо растворимы, эффективно ими экстрагируются, вследствие чего выделяемый бетулин характеризуется относительно высоким содержанием примесей сложноэфирного характера.

Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта, увеличение скорости экстракции и снижение содержания примесей сложноэфирного характера в целевом продукте.

Поставленная цель достигается тем, что бетулин извлекают из бересты экстракцией нейтральным органическим растворителем, в качестве которого используют растворы диоксан - вода с содержанием последней от нуля до 20 мас.%.

Общие признаки заявляемого способа и прототипа: получение бетулина путем его экстракции из бересты нейтральными (без щелочей) органическими растворителями.

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются применение растворов диоксан - вода в качестве экстрагента с содержанием воды от нуля до 20 мас.%.

Названный отличительный признак обуславливает достижение технических результатов заявляемого изобретения. Нами неожиданно установлено, что растворимость бетулина в диоксане и растворах диоксан - вода с содержанием последней до 20 об.% весьма велика (вплоть до 150 г/л) и более чем в 10 раз превышает таковую в изопропаноле, толуоле и петролейном эфире.

Следствием высокой растворимости бетулина в диоксане является резкое увеличение скорости экстракции и выхода целевого продукта при заданной продолжительности экстракции. Представленные ниже данные показывают, что использование диоксана позволяет увеличить выход целевого продукта с 20 до 30,5 мас.% в расчете на сырье при одинаковой продолжительности экстракции или сократить продолжительность экстракции в два раза, с трех до полутора часов при той же эффективности извлечения бетулина, что и в прототипе. Выход бетулина, т.е. степень его извлечения из бересты при одинаковой продолжительности экстракции, таким образом, увеличивается согласно заявляемому способу до 93% по сравнению с 60% в прототипе.

Диоксан и его водные растворы - более полярные и гидрофильные растворители, чем толуол или петролейный эфир, и это приводит к снижению доли экстрагируемых малополярных сложноэфирных соединений практически в 2 раза, т.е. к повышению чистоты целевого продукта. Значительного снижения доли экстрагируемых малополярных сложноэфирных соединений можно добиться, согласно заявляемому изобретению, используя еще более полярные растворы диоксан - вода (до 20%), в которых растворимость бетулина также достаточно велика (до 40 г/л).

Способ подтверждается конкретными примерами.

Пример 1 (прототип). В экспериментах использовали бересту березы повислой (Betula Pendula R.) с содержанием экстрагируемых петролейным эфиром 32,8 мас.%. Содержание экстрагируемых определяли путем исчерпывающей экстракции в аппарате Сокслета в течение 50 ч.

Экстракцию 100 г бересты смесью петролейный эфир - толуол (1:1) проводили в аппарате Сокслета в течение 3 ч. После отгонки растворителей получили 19,7 г экстракта, или 19,7 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 93,4%.

Содержание сложноэфирных примесей в экстракте определяли путем его омыления в водно-спиртовом растворе щелочи в течение 5 ч при температуре кипения. Спирт отгоняли, бетулин отфильтровывали, водный фильтрат подкисляли и экстрагировали диэтиловым эфиром. Выход сложноэфирных примесей (0,12 г или 0,61 мас.% в расчете на целевой продукт) определяли весовым методом после отгонки эфира (см. таблицу).

Пример 2. Эксперимент проводят, как и в примере 1, но бересту экстрагируют диоксаном в течение полутора часов. После отгонки растворителя получают 20,3 г экстракта или 20,3 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 93,8%.

Содержание сложных эфиров в целевом продукте, определяемое согласно примеру 1, составляет 0,09 г или 0,33 мас.% в расчете на целевой продукт.

Пример 3. Эксперимент проводят, как и в примере 1, но бересту 1,5 ч экстрагируют раствором диоксан - вода с содержанием последней 0,1 мас.%. После отгонки растворителя получают 20,2 г экстракта или 20,2 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 93,9%.

Содержание сложных эфиров в целевом продукте, определяемое согласно примеру 1, составляет 0,09 г или 0,33 мас.% в расчете на целевой продукт.

Пример 4. Эксперимент проводят, как и в примере 1, но бересту 3 ч экстрагируют раствором диоксан - вода с содержанием последней 0,1 мас.%. После отгонки растворителя получают 30,5 г экстракта или 30,5 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 93,6%.

Содержание сложных эфиров в целевом продукте, определяемое согласно примеру 1, составляет 0,09 г или 0,33 мас.% в расчете на целевой продукт.

Пример 5. Эксперимент проводят, как и в примере 1, но бересту 2 ч экстрагируют раствором диоксан - вода с содержанием последней 10 мас.%. После отгонки растворителя получают 25,1 г экстракта или 25,1 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 94,9%.

Содержание сложных эфиров в целевом продукте, определяемое согласно примеру 1, составляет 0,06 г или 0,23 мас.% в расчете на целевой продукт.

Пример 6. Эксперимент проводят, как и в примере 1, но бересту 2 ч экстрагируют раствором диоксан - вода с содержанием последней 20 мас.%. После отгонки растворителя получают 21,0 г экстракта, или 21,0 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 95,7%.

Содержание сложных эфиров в целевом продукте, определяемое согласно примеру 1, составляет 0,04 г или 0,19 мас.% в расчете на целевой продукт.

Пример 7. Эксперимент проводят, как и в примере 1, но бересту 3 ч экстрагируют раствором диоксан - вода с содержанием последней 30 мас.%.

После отгонки растворителя получают 18,3 г экстракта или 18,3 мас.% в расчете на сырье. Содержание бетулина в полученном экстракте, определенное методом колоночной хроматографии, составляет 95,9%.

Содержание сложных эфиров в целевом продукте, определяемое согласно примеру 1, составляет 0,03 г или 0,16 мас.% в расчете на целевой продукт.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет увеличить выход целевого продукта, сократить продолжительность экстракции и снизить содержание примесей сложноэфирного характера в целевом продукте - бетулине.

Таблица Выделение бетулина из бересты водными растворами диоксана.
№№ примера	Содержание воды в диоксане, мас.%	Продолжительность экстракции, час	Выход бетулина, мас.% на бересту	Содержание бетулина в экстракте, %	Содержание омыляемых в экстракте, %	Степень извлечения бетулина, %
1	Прототип	3	19,7	93,4	0,61	60
2	0	1,5	20,3	93,8	0,33	62
3	0,1	1,5	20,2	93,9	0,33	61
4	0,1	3	30,5	93,6	0,33	93
5	10	2	25,1	94,9	0,23	76
6	20	2	21,0	95,7	0,19	64
7	30	3	18,3	95,7	0,16	56