Способ экстракции алкалоидов спорыньи из спорыньи

Способ экстракции алкалоидов спорыньи из спорыньи

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение касается способа экстракции и очистки алкалоидов спорыньи, в частности экстракции и очистки пептидных алкалоидов спорыньи из гриба Claviceps purpurea.

ОБОСНОВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пептидные алкалоиды спорыньи, называемые также эргопептины, являются природными продуктами, используемыми для получения лекарственных средств. Известно, что эргопептины обладают лечебным действием сами по себе (например, эрготамин) или в гидратированной форме, такой как дигидропроизводные, например дигидроэрготамин, дигидроэргокристин и проч. Кроме того, указанные эргопептины известны в качестве исходных соединений для частичного синтеза некоторых полусинтетических лекарственных средств, таких как асницерголин, перголид и т.д.

Алкалоиды спорыньи пептидного типа вырабатываются грибом Claviceps purpurea, который можно выращивать в паразитарных условиях (выращивание на полях с использованием ржи в качестве растения-хозяина) или в сапрофитных условиях (т.е. ферментации). Хотя способы, используемые для выделения эргопептинов из полевой спорыньи и ферментативного бульона, имеют общие характерные особенности (т.е. похожие растворители и способы очистки), эти способы существенно различаются по природе исходного материала.

Некоторые способы экстракции спорыньи были описаны ранее. Отдельные способы, в основном используемые для выделения алкалоидов спорыньи в промышленных масштабах, различаются используемыми растворителями. Например, в этих известных способах использовали водный этанол или метанол (см. DP 47315 и DP 697760), в более недавних способах использовали хлорированные углеводороды (см. DE 2113281, DE 2637764 и DD 10059), диэтиловый эфир (см. CS 264880 и CS 264881), ацетон (см. DE 1695986), метилизобутилкетон (см. BE 891421) или этилацетат (см. DE 2949593 и EP 22418). Некоторые из указанных растворителей, однако, в настоящее время не приемлемы для крупномасштабного способа из соображений безопасности и экологии (например, диэтиловый эфир и хлорированные углеводороды). Кроме того, некоторые из этих растворителей недостаточно селективны для получения алкалоидов спорыньи с чистотой, пригодной для практической реализации производства, например водный метанол, водный этанол и ацетон.

Спорынья также содержит до 30% масла и других липидов. Предшествующие способы, в которых использовались растворители, экстрагирующие другие компоненты спорыньи, в основном масло, обязательно требовали операции по отделению алкалоидов от сопутствующих липидов. Однако не все известные растворители пригодны для непосредственного удаления липидов путем жидкостно-жидкостной экстракции, и поэтому процедуры выделения, включающие концентрацию первичных экстрактов путем упаривания и растворение остатка в другом растворителе, дополнительно усложняли способ. К тому же, упаривание первичного экстракта, содержащего масло и другие балластные компоненты, опасно для экстрагированных алкалоидов.

Природные эргопептины являются производными лизергиновой кислоты и легко изомеризуются до производных изолизергиновой кислоты, так называемых эргопептининов. Это обстоятельство обычно усложняет выделение эргопептинов, поскольку первичные экстракты, полученные из спорыньи, всегда содержат смеси эргопептинов и эргопептининов, что затрудняет получение кристаллического продукта, таким образом исключая приемы кристаллизации, которые в других случаях являются эффективными способами очистки. Таким образом, остается потребность в способах крупномасштабного выделения алкалоидов спорыньи, основанных на применении безопасных и безвредных для окружающей среды растворителей и простых и эффективных операций очистки (например, кристаллизации).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение касается нового способа экстракции алкалоидов спорыньи из спорыньи.

Представленный способ также представляет собой новый способ очистки экстракта спорыньи, приводящий к получению алкалоидов спорыньи с высоким выходом и качеством.

Эти и другие преимущества, которые станут очевидными из следующего подробного описания, были достигнуты благодаря сделанному заявителями открытию, что спорынья может быть экстрагирована с высоким выходом смесью толуола и этанола. Дополнительные преимущества включают, но не ограничиваются перечисленным, возможность очищать экстракт спорыньи с применением сравнительно безопасных растворителей и этот сравнительно простой способ по настоящему изобретению может быть доведен до промышленного масштаба.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение касается выделения алкалоидов спорыньи из спорыньи, т.е. Claviceps purpura, путем простого эффективного способа экстракции с применением сравнительно безопасных и приемлемых для окружающей среды растворителей. По одному из вариантов осуществления настоящего изобретения спорынью экстрагируют смесью толуол/этанол, получая первичный экстракт. Этот первичный экстракт может быть дополнительно подвергнут жидкостно-жидкостным экстракциям для дальнейшего разделения и очистки алкалоидов спорыньи, полученных в первичном экстракте.

Предпочтительно, чтобы экстракционная смесь толуол/этанол содержала около 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 до 30% этанола (о/о). Если концентрация этанола ниже 5%, то экстракция алкалоидов спорыньи из спорыньи не так эффективна. Верхний предел количества используемого этанол основан на заданной селективности экстракции. Например, чем больше присутствует этанола, тем больше полярных балластных компонентов экстрагируется, и тем более затруднена дальнейшая обработка первичного экстракта. Более предпочтительно, чтобы в экстракционной смеси присутствовало 10-20% этанола (о/о).

Температура процесса экстракции предпочтительно не ограничена, поскольку обычно нежелательная изомеризация эргопептинов, которая может возникать при высокой температуре, не мешает кристаллизации требуемого продукта. Тем не менее, температура выше приблизительно 50°C не целесообразна. В предпочтительном варианте осуществления спорынью экстрагируют смесью толуол/этанол в пределах температур приблизительно от 20, 25, 30, 35, 40, 45 до 50°C, при этом температура окружающей среды является предпочтительной.

По другому варианту осуществления первичный экстракт подвергают жидкостно-жидкостной экстракции, используя водный раствор кислоты. Такая жидкостно-жидкостная экстракция первичного экстракта позволяет отделять в целом более полярные и гидрофильные алкалоиды от менее полярных гидрофобных масел и липидов. Таким образом, жидкостно-жидкостная экстракция первичного экстракта водным раствором, содержащим кислоту, приводит к переносу алкалоидов спорыньи в водный раствор, оставляя при этом масло в первичном экстракте. Полученный при этом водный экстракт, содержащий алкалоиды, может быть затем легко отделен от первичного экстракта и в дальнейшем облегчает выделение и очистку алкалоидов. Любая кислота может быть использована с водным раствором. Хлористоводородная кислота предпочтительна по причине высокой растворимости гидрохлоридов эргопептинов в водных растворах хлористоводородной кислоты.

По еще одному варианту осуществления к водному раствору может быть добавлен спирт для предотвращения или снижения образования эмульсии. Установлено, что в определенных условиях водный раствор может образовывать эмульсию, которая снижает возможность выделения алкалоидов. Таким образом, ингибирующее образование эмульсии количество спирта или подобным образом действующего растворителя может быть добавлено к водному раствору для улучшения результатов. Например, этанол может быть добавлен к водному раствору, содержащему хлористоводородную кислоту, используемому для экстракции алкалоидов из первичного экстракта. Концентрация кислоты в водном растворе не имеет решающего значения, но предпочтительно раствор содержит, по меньшей мере, один эквивалент кислоты для количественной экстракции алкалоидов из первичного экстракта. Например, водный раствор кислоты предпочтительно содержит приблизительно от 30% до 60% (о/о) воды, приблизительно от 70% до 40% (о/о) этанола и приблизительно от 0,05% до 1,0% (м/м) кислоты. Водный раствор кислоты более предпочтительно содержит приблизительно 40-50% (о/о) воды, приблизительно 60-50% (о/о) этанола и приблизительно 0,1-0,3% (м/м) кислоты. Еще более предпочтительно водный раствор кислоты содержит около 50% (о/о) воды, около 50% (о/о) этанола и около 0,2% (м/м) кислоты или около 40% (о/о) воды, около 60% (о/о) этанола и около 0,2% (м/м) кислоты.

По другому варианту осуществления полученный водный экстракт подщелачивают (например, pH>7,0), что способствует переходу алкалоида в органический растворитель во время другой жидкостно-жидкостной экстракции. Это может быть выполнено с помощью любого водного раствора щелочи, как, например, с помощью водного раствора гидроксида натрия, более предпочтительно 5% водного гидроксида натрия (м/м).

По другому варианту осуществления водный экстракт, после увеличения щелочности свыше 7,0, подвергают жидкостно-жидкостной экстракции толуолом. Толуольный экстракт, полученный на этой стадии жидкостно-жидкостной экстракции, содержит фактически только алкалоиды спорыньи и поэтому может быть назван очищенным толуольным экстрактом.

По другому варианту осуществления очищенный толуольный экстракт частично упаривают. Предполагается, что такое частичное упаривание вызывает образование кристаллического продукта. Установлено, что некоторые алкалоиды, а именно эрготамин и эргокристин, могут быть получены в виде кристаллических продуктов просто путем упаривания толуольного экстракта. Тот факт, что органический растворитель может содержать смесь эргопептина и эргопептинина не оказывает отрицательного влияния на кристаллизацию этих продуктов, поскольку образуется кристаллическая смесь соответствующего эргопептина и эргопептинина, например смесь эрготамина и эрготаминина или смесь эргокристина и эргокристинина. Не вдаваясь в теорию, считается, что способы экстракции и очистки по настоящему изобретению приводят к выделению алкалоидов спорыньи, по существу, в чистой форме и без ингибирующих кристаллизацию примесей. Таким образом, даже когда существует смесь экстрагируемых алкалоидов, кристаллический продукт может быть получен после частичного выпаривания растворителя. Кроме того, возможные превращения алкалоидов спорыньи, такие как изомеризация алкалоидов спорыньи, которая может быть вызвана высокой температурой, по-видимому, не влияют на выделение и кристаллизацию продуктов, полученных после выпаривания растворителя. Следовательно, экстракция при высоких температурах не оказывает отрицательного влияния на данный способ. Кристаллизация алкалоидов из толуола неожиданно дала продукты высокой чистоты, как наглядно показано на примерах 1 и 2 путем состава алкалоидов первого и второго сборов.

Установлено, что при некоторых условиях толуольный экстракт может содержать смесь алкалоидов, например смесь алкалоидов эрготоксина, что ограничивает способность указанных алкалоидов к кристаллизации. Алкалоидный состав толуольного экстракта отвечает спектру алкалоидов, возникающих при использовании штамма спорыньи. Когда такая смесь алкалоидов эрготоксина присутствует в толуольном экстракте, непосредственно из толуола может быть получено незначительное количество кристаллического продукта или не может быть получено совсем. По другому варианту осуществления настоящего изобретения это ограничение преодолевают, добавляя к раствору один или более алифатических углеводородов, например C₅-C₈-углеводород, такой как гексан или гептан. Гексан является более предпочтительным углеводородом. Такой прием кристаллизации не влияет на алкалоидный состав, но может все же приводить к кристаллическому продукту, свободному от балластных компонентов и удобному для дальнейшего применения, как показано на примере 3.

Другие характерные особенности изобретения станут очевидными из последующих описаний характерных вариантов осуществления, приведенных в целях иллюстрации изобретения и не рассматриваемых в качестве ограничивающих примеров.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Около 20,000 кг спорыньи (штамм эргокристина GAL 130) экстрагируют в условиях противотока с помощью смеси толуола и этанола 87:13 (о/о) на экстракторе непрерывного действия карусельного типа. Получают около 64 м³ первичного экстракта. Затем первичный экстракт экстрагируют на экстракторе непрерывного действия Westfalia с помощью смеси этанола и воды 1:1 (о/о), содержащей 0,2% (м/м) хлорида водорода. Образуется порядка 28 м³ водного экстракта. Водный экстракт подщелачивают приблизительно до pH 7,3 с помощью 5% (м/м) водного раствора гидроксида натрия и экстрагируют толуолом на экстракторе непрерывного действия Westfalia. Получают около 16 м³ толуольного экстракта. Толуольный экстракт упаривают приблизительно до 1000 кг, образующийся кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают толуолом и сушат в течение 3 часов на вакуумной сушилке при 60°C и 50 мбар, получая 152 кг первого сбора сырого эргокристина. Маточные жидкости упаривают приблизительно до 400 кг и добавляют 1500 л технического гексана. Осажденный кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают техническим гексаном и сушат, получая 89 кг второго сбора сырого эргокристина.

Аналитические результаты

	Первый сбор	Второй сбор
Анализ титрованием	93,1%	92,6%
Эргокристин	30,9%	20,0%
Эргокристинин	59,3%	36,6%
α-эргокриптин	2,4%	10,5%
α-эргокриптинин	3,9%	17,2%
Сумма других алкалоидов	2,6%	15,7%

Пример 2

Около 20,000 кг спорыньи (штамм эрготамина GAL 404) экстрагируют в условиях противотока с помощью смеси толуола и этанола 84:16 (о/о) на экстракторе непрерывного действия карусельного типа и получают 78 м³ первичного экстракта. Первичный экстракт экстрагируют на экстракторе непрерывного действия Westfalia с помощью смеси этанола и воды 6:4 (о/о), содержащей 0,2% (м/м) хлорида водорода, и получают 18 м³ водного экстракта. Водный экстракт подщелачивают, повышая pH до 7,3 путем добавления 5% (м/м) водного гидроксида натрия. Затем экстрагируют толуолом на экстракторе непрерывного действия Westfalia. Получают 30 м³ толуольного экстракта. Толуольный экстракт упаривают приблизительно до 1000 кг, образующийся кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают толуолом и сушат в течение 3 часов на вакуумной сушилке при 60°C и 50 мбар, получая около 181 кг первого сбора сырого эрготамина. Маточные жидкости упаривают приблизительно до 100 кг, кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают толуолом и сушат, получая 19 кг второго сбора сырого эрготамина.

Аналитические результаты

	Первый сбор	Второй сбор
Анализ титрованием	95,0%	90,6%
Эрготамин	30,9%	20,0%
Эрготаминин	59,3%	36,6%
Сумма других алкалоидов	3,6%	17,0%

Пример 3

Около 20,000 кг спорыньи (штамм эрготоксина GAL 310) экстрагируют в условиях противотока с помощью смеси толуола и этанола 87:13 (о/о) на экстракторе непрерывного действия карусельного типа. Получают около 69 м³ первичного экстракта. Первичный экстракт экстрагируют на экстракторе непрерывного действия Westfalia с помощью смеси этанола и воды 1:1 (о/о), содержащей 0,2% (м/м) хлорида водорода, получая 27 м³ водного экстракта. Водный экстракт подщелачивают, повышая pH водного экстракта приблизительно до 7,3 с помощью 5% (м/м) водного гидроксида натрия. Затем экстрагируют толуолом на экстракторе непрерывного действия Westfalia, получая около 17 м³ толуольного экстракта. Толуольный экстракт упаривают приблизительно до 800 кг и добавляют 1800 л технического гексана. Осажденный кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают техническим гексаном и сушат в течение 3 часов на вакуумной сушилке при 60°C и 50 мбар, получая 151 кг сырого эрготоксина.

Аналитические результаты

Анализ титрованием	94,4%
Эргокорнин	18,1%
Эргокорнинин	29,2%
α-эргокриптин	11,7%
α-эргокриптинин	18,5%
β-эргокриптин	6,3%
β-эргокриптинин	11,6%
Сумма других алкалоидов	4,6%

В данном описании приведены только предпочтительные варианты осуществления изобретения и лишь несколько примеров, отражающих возможное многообразие. Очевидно, что изобретение применимо для различных других комбинаций и условий, и допустимые изменения или модификации в рамках объема понятия изобретения приведены ниже.

1. Способ экстракции алкалоида спорыньи из спорыньи, включающий экстракцию спорыньи с помощью смеси, содержащей толуол и этанол, с получением первичного экстракта.

2. Способ по п.1, где смесь содержит толуол и около 5-30% (о/о) этанола.

3. Способ по п.2, где смесь содержит толуол и около 10-20% (о/о) этанола.

4. Способ по п.2, где экстракцию осуществляют при температуре порядка 20-50°С.

5. Способ по п.4, где экстракцию осуществляют при температуре окружающей среды.

6. Способ по п.2, где экстракцию осуществляют противоточным способом на батарее перколяторов или на экстракторе непрерывного действия.

7. Способ по п.2, дополнительно включающий экстракцию первичного экстракта водным раствором кислоты для переноса алкалоида спорыньи из первичного экстракта в водный экстракт.

8. Способ по п.7, где водный раствор кислоты представляет собой водный раствор хлористоводородной кислоты.

9. Способ по п.8, где водный раствор хлористоводородной кислоты содержит около 30-60% (о/о) воды, около 70-40% (о/о) этанола и около 0,05-1,0% (м/м)НС1.

10. Способ по п.9, где водный раствор хлористоводородной кислоты содержит около 40-50% (о/о) воды, около 60-50% (о/о) этанола и около 0,1-0,3%(м/м)HCl.

11. Способ по п.8, дополнительно включающий увеличение рН водного экстракта до величины более 7,0.

12. Способ по п.11, где увеличение осуществляют добавлением водного раствора гидроксида натрия (м/м).

13. Способ по п.12, где увеличение осуществляют добавлением 5%-ного водного раствора гидроксида натрия (м/м).

14. Способ по п.11, дополнительно включающий экстракцию водного экстракта с рН свыше 7,0 толуолом для переноса алкалоида спорыньи из водного раствора и получения очищенного толуольного экстракта.

15. Способ по п.14, дополнительно включающий частичное выпаривание растворителя из очищенного толуольного экстракта для получения кристаллического алкалоида спорыньи.

16. Способ по п.15, дополнительно включающий отделение кристаллического алкалоида спорыньи от остаточного толуола.

17. Способ по п.15, дополнительно включающий добавление одного или более C₅-C₈-алифатических углеводородов к концентрату после частичного выпаривания толуола, что способствует кристаллизации алкалоида спорыньи.

18. Способ по п.17, где один или более алифатических C₅-C₈-углеводородов выбирают из гексана и гептана.

19. Способ по п.18, где один или более алифатических C₅-C₈-углеводородов представляет собой гексан.

20. Способ по п.17, дополнительно включающий отделение кристаллического алкалоида спорыньи от смеси толуол/алифатический углеводород.

21. Способ по п.20, включающий выделение кристаллического алкалоида спорыньи с чистотой свыше 90%.

22. Способ выделения алкалоида спорыньи из спорыньи, включающий:

а. экстракцию спорыньи смесью, содержащей толуол и этанол, с получением первичного экстракта, где смесь включает толуол и около 5-30% (о/о) этанола;

b. экстракцию первичного экстракта водным раствором кислоты для переноса алкалоида спорыньи из первичного экстракта в водный экстракт;

с. увеличение рН водного экстракта до величины более 7,0;

d. экстракцию водного экстракта с рН свыше 7,0 толуолом для переноса алкалоида спорыньи из водного раствора и получения очищенного толуольного экстракта;

е. частичное выпаривание растворителя из очищенного толуольного экстракта в целях получения кристаллического алкалоида спорыньи и

f. отделение алкалоида спорыньи от остаточного толуола.

23. Способ выделения алкалоида спорыньи из спорыньи, включающий:

а. экстракцию спорыньи смесью, содержащей толуол и этанол, с получением первичного экстракта, где смесь включает толуол и около 5-30% (о/о) этанола;

b. экстракцию первичного экстракта водным раствором кислоты для переноса алкалоида спорыньи из первичного экстракта в водный экстракт;

с. увеличение рН водного экстракта до величины более 7,0;

d. экстракцию водного экстракта с рН свыше 7,0 толуолом для переноса алкалоида спорыньи из водного раствора и получения очищенного толуольного экстракта;

е. частичное выпаривание растворителя из очищенного толуольного экстракта в целях получения кристаллического алкалоида спорыньи;

f. добавление одного или более C₅-C₈-алифатических углеводородов к концентрату после частичного выпаривания толуола, что способствует кристаллизации алкалоида спорыньи, и

g. выделение кристаллического алкалоида спорыньи из смеси толуол/алифатический углеводород.