Способ выделения бетулина из бересты
Владельцы патента RU 2286349:
Изобретение относится к области тонкого органического синтеза, именно — к технологии получения тритерпеновых соединений, бетулина, используемого в фармацевтической и парфюмерно-косметической промышленности. Бетулин выделяют из бересты экстракцией нейтральными органическими растворителями, а именно: раствором диоксан — вода с содержанием последней от нуля до 20 мас.%. Технические результаты — ускорение процесса экстракции, повышение выхода целевого продукта, а также снижение концентрации примесей сложноэфирного характера в получаемом экстракте. Это упрощает процедуру дальнейшей очистки бетулина. 1 табл.
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 |
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.%.
Источник
Бетулин как приготовить самому дома
Изобретение относится к лесохимической, химической и фармацевтической отраслям промышленности, в частности, к технологии получения компонентов лекарственных средств, обладающих антисептическими, противовирусными и другими свойствами.
Бетулин относится к тритерпеноидам ряда лупана, является основным компонентом (около 30% по массе) экстрактивных веществ коры березы. Бетулин растворим в этилацетате, этиловом спирте, нерастворим в воде. На его основе синтезируют перспективные фармацевтические препараты с противоопухолевой и антивирусной активностями. Используется также в производстве шампуней, мыла и другой парфюмерно-косметической продукции.
Известен способ интенсификации экстракции бересты путем взрывного автогидролиза или неизобарного парокрекинга. Бересту сначала подвергают активации при обработке паром в условиях неизобарного парокрекинга при температуре 180-260°С, давлении 2-5 МПа в течение 1-6 минут, затем щелочному гидролизу в водно-спирто-щелочной среде и последующего извлечения бетулина экстракцией спиртами. Выход бетулина составляет 25-37% от веса абсолютно сухой бересты (Пат. 2074867 РФ, C1 C08H 5/04, C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина / Кузнецов Б.Н., Левданский В.А., Шилкина Т.А., Репях С.М. — Опубл. 10.03.97, Бюл. 7). Недостатком данного способа является его технологическая сложность, так как способ включает 3 стадии: активация в условиях неизобарного парокрекинга при высокой температуре и повышенном давлении, щелочной гидролиз в водно-спирто-щелочной среде и экстракция бетулина спиртом.
Известен способ получения бетулина, включающий активацию бересты в условиях неизобарного парокрекинга при температуре 180-260°С, давлении 2-5 МПа, продолжительности активации 1-5 мин в присутствии щелочи (щелочной гидролиз), взятой в количестве 5-20% от веса абсолютно сухой бересты с последующей экстракцией бетулина спиртом (Пат. 2131882 РФ, C1 C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина / Левданский В.А., Полежаева Н.И., Еськин А.П., Винк В.А., Кузнецов Б.Н. — Опубл. 20.06.99, Бюл. 17). В данном способе совмещены стадии активации бересты и щелочного гидролиза, но экстракция бетулина спиртом является отдельной стадией. Недостатком данного способа является сложность процесса активации бересты неизобарным парокрекингом, требующего использования повышенного давления и высоких температур для получения перегретого водяного пара, что усложняет технологию и повышает энергоемкость процесса получения бетулина. Недостатком данного способа является также необходимость использования достаточно длительной стадии экстракции бетулина.
Известен способ получения бетулина из бересты путем его жидкостной или суперкритической экстракции углекислым газом (Pub № WO/2001/0110885 PCT/US 2000/021829. Birch bark processing and the isolation of natural products from birch bark / Edwardson C.F., Kolomitsyn I.V., Krasutsky P.A., Carlson R.M., Nesterenko V.V.; 15.02.2001). Недостатком этого способа является сложность и необходимость использования при реализации специального оборудования, работающего под высоким давлением.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу следует назвать способ получения бетулина, заключающийся в том, что измельченную бересту обрабатывают смесью вода-спирт-щелочь при использовании ударно-акустического воздействия в течение 5 минут при температуре 70°С. Ударно-акустическая активация интенсифицирует гидролиз бересты, которая в течение нескольких минут превращается в гомогенную массу коричневого цвета, ускоряет переход бетулина в раствор и способствует повышению его выхода. Далее бетулин осаждают из упаренного раствора при разбавлении его водой и отделяют фильтрованием. Выход бетулина составляет 43% от массы абсолютно сухой бересты. Это способ принят за прототип.(Пат. 2264411 РФ, C1 C07J 53/00, C07J 63/00. Способ получения бетулина / Кузнецова С.А., Кузнецов Б.Н., Михайлов А.Г., Левданский В.А. — Опубл. 20.11.05, Бюл. 27).
Однако по данному способу бетулин получается низкого качества, загрязнен трудноотделяемой щелочью и требует дополнительной очистки.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение технологии получения бетулина и улучшение качества целевого продукта.
Это достигается тем, что способ получения бетулина из бересты, включающий экстрагирование измельченной бересты органическим растворителем, концентрирование экстракта, осаждение бетулина путем добавления горячей воды, фильтрование и сушку, отличается тем, что процесс экстрагирования проводят в сверхвысокочастотном поле (СВЧ-поле).
Способ реализуется следующим образом: бересту размалывают, помещают в реактор с обратным холодильником, добавляют подогретый органический растворитель, включают СВЧ-печь. Удельный расход электрической энергии 1,5 кВт-ч/кг бересты. Экстрагирование проводят 5 мин.
По истечении времени из реактора сливают экстракт через фильтр. Далее экстракт частично упаривают, отгоняя органический растворитель — две трети от первоначального объема. К укрепленному экстракту добавляют горячую воду, перемешивают и далее проводят отстаивание. Бетулин осаждается, его отделяют фильтрацией и сушат при t=60°C. Сухой остаток представляет собой светло-серый порошок, без запаха и посторонних включений.
Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1. Экстракцию в СВЧ-поле ведут при соотношении компонентов береста:
этанол 1:5. В качестве органического растворителя используют этиловый спирт концентрацией 86% (об.). Выход бетулина составляет 21% от массы бересты.
Пример 2. Экстракцию в СВЧ-поле ведут при соотношении компонентов береста:
этанол 1:10, используя этиловый спирт концентрацией 86% (об.). Выход бетулина 23% от массы бересты.
Пример 3. Экстракцию в СВЧ-поле ведут при соотношении компонентов береста:
этанол 1:20, используя этиловый спирт концентрацией 86% (об.). Выход бетулина 24% от массы бересты.
Пример 4. Экстракцию в СВЧ-поле ведут при соотношении компонентов 1:20, но используют этиловый спирт концентрацией 95% (об.). Выход бетулина составляет 26%.
Таким образом, предлагаемый способ получения бетулина является эффективным и производительным. Для извлечения бетулина применяется малотоксичный растворитель — этиловый спирт, широко используемый в фармацевтической промышленности. Других реагентов для экстракции не требуется. Кроме того данный способ способствует улучшению качества целевого продукта. По данным хромато-масс-спектрометрии, проведенной на базе Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова однократно перекристаллизованный бетулин соответствует характеристике индивидуального вещества с содержанием 92-95%. Бетулин подобного качества может быть использован для приготовления фармацевтических препаратов.
Источник