Способ получения бетулиновой кислоты

Способ получения бетулиновой кислоты

Реферат

Изобретение относится к области органической химии, а именно к получению природных биологических активных веществ, и может быть использован для получения бетулиновой кислоты.

Бетулиновая кислота представляет интерес для медицины и фармации как анти-ВИЧ-1 и противоопухолевое действующее вещество, а также тем, что ее производные обладают иммуностимулирующим, антиоксидантным, гепатопротекторным и противоязвенным действием [1].

Бетулиновая кислота является природным билогическим активным веществом, содержащимся в коре и листьях многих растений, но ее выделение из них малорентабельно из-за низкого содержания (около 0,1% от массы сухого сырья).

В настоящее время известны способы получения бетулиновой кислоты из бетулина - основного продукта переработки внешнего слоя коры берез Betula (бересты), и представляющего собой тритерпеновый спирт природного происхождения. При этом большинство из известных способов являются достаточно сложными, включают использование большого количества разных видов органических растворителей, характеризуются длительностью отдельных стадий и относительно невысоким выходом бетулиновой кислоты по отношению к бетулину.

Так, известен двухстадийный способ получения бетулиновой кислоты из бетулина, заключающийся в селективном окислении первичной спиртовой группы бетулина в положении С-28 до бетулинового альдегида на первой стадии [2].

В качестве окислительного реагента используется оксид хрома (VI) на твердой подложке - оксиде алюминия [2] или силикагеле [3]. На второй стадии бетулиновый альдегид окисляют действием перманганата калия.

Выход бетулиновой кислоты составляет ~41% (в расчете на исходный бетулин); при сложной очистке конечного продукта исключается использование большого количества органических растворителей, сокращается длительность процесса.

Известен также двухстадийный способ получения бетулиновой кислоты из бетулина, включающий на первой стадии окисление бетулина до бетулоновой кислоты хромовым ангидридом в уксусной кислоте при 15-20°C в течение 10 минут, очистку полученной бетулоновой кислоты - основного продукта реакции окисления, от побочных продуктов, а именно экстракцию диэтиловым эфиром, промывку экстракта 10% раствором хлорида натрия (NaCl), обработку экстракта последовательно гидроксидом натрия до образования натриевой соли бетулоновой кислоты и соляной кислотой для получения бетулоновой кислоты, удаление растворителя и перекристаллизацию бетулоновой кислоты, с последующим восстановлением бетулоновой кислоты до бетулиновой [4]. В результате выход бетулиновой кислоты составляет менее 50% (в расчете на исходный бетулин).

Недостатком данного способа является низкий выход целевого продукта, а также сложность и продолжительность процесса, т.к. каждая стадия включает большой набор различных видов обработки и использование большого количества органических растворителей (уксусной кислоты, диэтилового эфира, метилового спирта, тетрагидрофурана).

Наиболее близким по существенным признакам и достигаемому техническому результату к предлагаемому способу является известный способ получения бетулиновой кислоты, который авторами выбран в качестве прототипа [5].

Данный способ включает окисление бетулина, предварительно растворенного в ледяной уксусной кислоте, оксидом хрома (VI) в растворе уксусной кислоты в бетулоновую кислоту, очистку бетулоновой кислоты через натриевую соль путем разбавления реакционной смеси водным раствором NaCl, двойной экстракции реакционной смеси диэтиловым эфиром, промывки эфирного экстракта водным раствором NaCl, обработки экстракта раствором, содержащим гидроксид натрия (NaOH), и перевода натриевой соли бетулоновой кислоты в свободную бетулоновую кислоту, затем образовавшуюся натриевую соль бетулоновой кислоты в растворе диэтилового эфира переводят в свободную бетулоновую кислоту и ее перекристаллизовывают, после чего восстанавливают борогидридом натрия в растворе диэтилового эфира до бетулиновой кислоты [5]. Выход целевого продукта при этом составляет ~65% по отношению к исходному бетулину.

Недостатком данного способа является невысокий выход целевого продукта, многостадийность и продолжительность процесса, а также использование большого количества органических растворителей на всех стадиях процесса. Например, при окислении 3 г бетулина необходимо затратить около 1000 мл органических растворителей.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения бетулиновой кислоты, позволяющего достичь высокого выхода целевого продукта, немногостадийного и непродолжительного по времени исполнения, а также не требующего расхода большого количества органических растворителей.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения бетулиновой кислоты путем окисления предварительно подготовленного бетулина соединением хрома (VI) в растворе, в частности оксидом хрома (VI), очистки продуктов реакции окисления, содержащих бетулоновую кислоту, и восстановления бетулоновой кислоты борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты, согласно изобретению бетулин предварительно диспергируют в донорном координирующем растворителе при воздействии ультразвука, а соединение хрома (VI) наносят сорбционной пропиткой из раствора на твердую подложку, выполненную из активного оксида алюминия (Al₂O₃) или силикагеля (SiO₂), очистку продуктов реакции окисления, содержащих наряду с бетулоновой и бетулиновую кислоту, осуществляют после удаления твердой подложки из полученной дисперсии путем разбавления дисперсии водой, фильтрации разбавленной дисперсии, многократной промывки полученного осадка водой при температуре 50-100°C и проводят последующее восстановление бетулоновой кислоты.

Предпочтительно, что в качестве донорного координирующего растворителя берут растворитель, который не подвергается окислению, например ацетон, пиридин, диметилформамид, диэтиловый эфир.

Предпочтительно, что диспергирование бетулина в донорном координирующем растворителе осуществляют при воздействии ультразвука с частотой 20-50 кГц в течение 0,5-5 мин.

Предпочтительно, что твердая подложка выполнена из активного оксида алюминия (Al₂O₃) или силикагеля (SiO₂) с удельной поверхностью не менее 210 м²/г.

Предпочтительно, что в качестве соединения хрома (VI), наряду с оксидом хрома (CrO₃), используют или дихромат калия (K₂Cr₂O₇), или хромат калия (K₂CrO₄), или пиридиний дихромат ((C₅H₅NH) ₂Cr₂O₇ ^2-), или хлорпиридиний хромат ((C₅H₅NH)⁺ClCrO₃ ^-).

Предпочтительно, что удаление из полученной дисперсии твердой подложки осуществляют при комнатной температуре через 1-120 мин после окончания реакции окисления.

Предпочтительно, что дисперсию разбавляют водой в 5-10 раз при комнатной температуре.

Новым техническим результатом предлагаемого способа является повышение выхода целевого продукта на 10-20% по сравнению с прототипом, упрощение процесса за счет сокращения стадий и, как следствие, сокращение продолжительности процесса, а также уменьшение количества используемых органических растворителей за счет использования только одного органического растворителя на каждой стадии.

Данный технический результат обусловлен тем, что перед проведением реакции окисления бетулина соединением хрома (VI), бетулин предварительно диспергируют в донорном координирующем растворителе при воздействии ультразвука, а соединение хрома (VI) предварительно в виде водного раствора наносят сорбционной пропиткой на твердую подложку, выполненную из активного оксида алюминия (Al₂O₃) или силикагеля (SiO₂) с удельной поверхностью не менее 210 м²/г, очистку продукта реакции окисления, который представляет собой смесь бетулиновой и бетулоновой кислот, осуществляют после удаления из полученной дисперсии твердой подложки путем разбавления дисперсии водой при комнатной температуре, фильтрации разбавленной дисперсии, многократной промывки полученного осадка водой при температуре 50-100°C, содержащего смесь бетулоновой и бетулиновой кислот.

На выход целевого продукта влияет и то, что продукты реакции окисления содержат наряду с бетулоновой и бетулиновую кислоту.

Исключение многократных стадий экстракции реакционной смеси большими объемами органических растворителей, а также сокращение стадий при очистке продуктов реакции окисления позволяет не только упростить процесс и сократить время его реализации, но и значительно уменьшить расход органических растворителей. Так, при окислении 3 г бетулина по предлагаемому способу необходимо использовать один вид органического растворителя для его предварительной подготовки в количестве 120 мл.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом

Перед проведением реакции окисления бетулина соединением хрома (VI) бетулин предварительно диспергируют в донорном координирующем растворителе, например в ацетоне, пиридине, диметилформамиде, диэтиловом эфире, при воздействии ультразвука, а соединение хрома (VI) - оксид хрома (CrO₃), или дихромат калия (K₂Cr₂O₇), или хромат калия (K₂CrO₄), или пиридиний дихромат ((C₅H₅NH)₂Cr₂O₇ ^2-), или хлорпиридиний хромат ((C₅H₅NH⁺ClCrO₃ ^-) в виде водного раствора предварительно наносят сорбционной пропиткой на твердую подложку, выполненную из активного оксида алюминия (Al₂O₃) или силикагеля (SiO₂) с удельной поверхностью не менее 210 м²/г, после окончания реакции окисления твердую подложку удаляют через 1-120 мин из полученной дисперсии продуктов реакции, содержащей смесь бетулоновой и бетулиновой кислот, затем осуществляют очистку продуктов реакции окисления путем разбавления дисперсии водой в 5-10 раз при комнатной температуре, фильтрации дисперсной фазы и промывания 5-10 раз полученного осадка водой при температуре 50-100°C, после чего бетулоновую кислоту восстанавливают борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты.

Соотношение в дисперсии бетулиновой и бетулоновой кислот определяют по карбонильному числу, представляющему собой отношение

m_{бетулиновой кислоты}/m_{бетулоновой кислоты}.

Выход целевого продукта - бетулиновой кислоты составляет 75-85%.

Ниже представлена схема получения продуктов реакции на стадии окисления бетулина по прототипу и предлагаемому способу.

Примеры конкретного использования предлагаемого способа.

Пример 1.

Перед проведением реакции окисления бетулина соединением хрома (VI) брали 3 г бетулина и диспергировали в 120 мл ацетона при воздействии ультразвука с частотой 20 кГц в течение 5 мин, соединение хрома (VI) в виде раствора CrO₃ наносили сорбционной пропиткой на твердую подложку, выполненную из активного Al₂O₃ с удельной поверхностью 210 м²/г, после окончания реакции окисления твердую подложку удаляли через 1 мин из полученной дисперсии продуктов реакции, затем осуществляли очистку продуктов реакции окисления путем разбавления дисперсии 600 мл воды (5-кратное разбавление), фильтрацией отделяли дисперсную фазу и пятикратно промывали полученный осадок водой при температуре 50°C, после чего бетулоновую кислоту восстанавливали до бетулиновой кислоты борогидридом натрия в среде изопропилового спирта.

Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии и выход целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Характеристики полученной бетулиновой кислоты:

ИК-спетр: 3402 (ш.ср.), νO-H; 3070 (узк.сл.) ν=C-H; 2941 (ср.инт.), 2868 (узк.инт.) νC-H_as,s углеродного скелета; 1687 (узк.инт.) νC=O от COOH; 1643 (узк.ср.) νC=C; 1454 (узк.инт.) δO-H, 1375 (узк.инт.) δCH_3sy; 1043 (узк.инт) νCH2OH; 883 (узк.инт.) δC=CH₂.

Спектр ЯМР ¹³C:

-CH ₃: 27,6 (C23); 14,0 (C24); 14,2 (C25); 14,2 (C26); 12,7 (C27); 17,4 (C30);

-CH, -CH ₂ (углеродного скелета): 38,7 (C1); 26,3 (C2); 38,9 (C4); 55,3 (C5); 16,3 (C6); 34,9 (C7); 40,3 (C8); 49,9 (C9); 38,3 (C10); 18,9 (C11); 23,5 (C12); 38,0 (C13); 41,8 (C14); 25,5 (C15); 28,5 (C16); 55,3 (C17); 46,3 (C18); 48,5 (C19); 150,0 (C20); 30,2 (C21); 32,4 (C22);

-COOH: 177,2 (C28); C=O: 77,4 (C3); =CH ₂: 109,2 (C29).

Спектр ПМР:

0,80 (с.) 24 - CH₃; 0,85 (с.) 23 - CH₃; 0,98 (с.) 27 - CH₃; 1,00 (с.) 25 - CH₃; 1,02 (с.) 26 - CH₃; 1,02-2,00 комплекс CH, CH₂; 1,68 (с.) 30 - CH₃; 2,28 (м.) 19 - H; 3,00 (2 д.) 3α - H; 4,50 (с.) и 4,62 (с.) 29 - H.

t_пл=298-300°C

Пример 2 осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали в 120 мл диэтилового эфира при воздействии ультразвука с частотой 50 кГц в течение 1 мин, соединение хрома (VI) наносили в виде раствора K₂Cr₂O₇ на твердую подложку из активного Al₂O₃ с удельной поверхностью 800 м²/г, твердую подложку из дисперсии удаляли через 120 мин, дисперсию разбавляли водой в 10 раз, а осадок промывали водой при температуре 100°C.

Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии и выход целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Пример 3 осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали в 120 мл пиридине при воздействии ультразвука с частотой 30 кГц в течение 0,5 мин, соединение хрома (VI) наносили в виде раствора K₂CrO₄ на твердую подложку из активного SiO₂ с удельной поверхностью 500 м²/г, твердую подложку из дисперсии удаляли через 60 мин, дисперсию разбавляли водой в 7 раз, а осадок промывали водой при температуре 70°C.

Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии и выход целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Пример 4 осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали в 120 мл диметилформамида при воздействии ультразвука с частотой 20 кГц в течение 5 мин, соединение хрома (VI) наносили в виде раствора (C₅H₅NH)⁺ClCrO₃ ^- на твердую подложку из активного AL₂O₃ с удельной поверхностью 400 м²/г, твердую подложку из дисперсии удаляли через 1 мин, дисперсию разбавляли водой в 5 раз, а осадок промывали водой при температуре 50°C.

Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии и выход целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Пример 5 осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали в 120 мл диметилформамида при воздействии ультразвука с частотой 50 кГц в течение 3 мин, соединение хрома (VI) наносили в виде раствора (C₅H₅NH)₂Cr₂O₇ ^2- на твердую подложку из активного SiO₂ с удельной поверхностью 210 м²/г, твердую подложку из дисперсии удаляли через 120 мин, дисперсию разбавляли водой в 10 раз, а осадок промывали водой при температуре 100°C.

Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии и выход целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Пример 6 осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали в 120 мл пиридина при воздействии ультразвука с частотой 50 кГц в течение 3 мин, соединение хрома (VI) наносили в виде раствора K₂Cr₂O₇ на твердую подложку из активного SiO₂ с удельной поверхностью 300 м²/г, твердую подложку из дисперсии удаляли через 3 мин, дисперсию разбавляли водой в 5 раз, а осадок промывали водой при температуре 50°C.

Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии и выход целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Как видно из полученных результатов, предлагаемый способ позволяет достичь выхода бетулиновой кислоты ~75-85% по отношению к исходному бетулину. Предлагаемый способ - малостадийный и непродолжительный по времени реализации, при этом он исключает использование большого количества органических растворителей, что ведет к снижению себестоимости получаемого продукта и уменьшению загрязнений окружающей среды.

Таблица 1
Данные о выходе целевого продукта в примерах 1-6
№ примера	Соотношение бетулиновой кислоты к бетулоновой в дисперсии	Характеристика полученной бетулиновой кислоты
выход, %	tпл., °С	Спектр ЯМР 13C
1	3:7	80,6	298-300	77,4 (C3); 150,0 (C20); 177,2 (C28); 109,2 (C29)
2	5: 5	85,0	298-302	77,1 (C3); 150,5 (C20); 177,8 (C28); 110,2 (C29)
3	1: 9	75,0	297-298	77,8 (C3); 149,7 (C20); 177,2(C28); 109,2 (C29)
4	4:6	77,8	298-302	77,1 (C3); 150,9 (C20); 176,2 (C28); 108,9 (C29)
5	6:4	76,9	303-305	78,2 (C3); 151,9 (C20); 177,2(C28); 109,2 (C29)
6	3:7	84,4	302-305	76,3 (C3); 150,4 (C20); 178,9 (C28); 110,5 (C29)

Источники информации

1. Г.А.Толстиков, О.Б.Флехтер, Э.Э.Шульц и др. Бетулин и его производные. Химия и биологическая активность. Химия в интересах устойчивого развития, 2005, 13, с.1.

2. André Pichette, Hongyan Liu, Christian Roy, Steve Tanguay, Franćois Simard, Serge Lavoie. Selective Oxidation of Betulin for the Preparation of Betulinic Acid, an Antitumoral Compound // Synthetic Communications, V.34, Issue 21, December, 2004, p.3925.

3. Bhushan Khadilkar, Ashish Chitnavis, Atul Khare. An easy Preparation of a Silicagel Supported Chromium Trioxide oxidant and Its use in the Selective oxidation of Alcohols// Synthetic Communications, V.26, Issue 2, January, 1996, p.205.

4. Ле Банг Шон, А.П.Каплун, А.А.Шпилевский. Синтез бетулиновой из бетулина и исследование ее солюбилизации с помощью липосом. Биоорганическая химия, 1998, т.24, №10, с.787-793.

5. Патент РФ №2269541, заявка №2004137442/04 от 21.12.2004 на «Способ получения бетулиновой кислоты».

1. Способ получения бетулиновой кислоты путем окисления предварительно подготовленного бетулина соединением хрома (VI) в растворе, в частности оксидом хрома (VI), очистки продуктов реакции окисления, содержащих бетулоновую кислоту, и восстановления бетулоновой кислоты борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты, отличающийся тем, что бетулин предварительно диспергируют в донорном координирующем растворителе при воздействии ультразвука, а соединение хрома (VI) предварительно наносят сорбционной пропиткой из раствора на твердую подложку, выполненную из активного оксида алюминия (Al₂O₃) или силикагеля (SiO₂), очистку продуктов реакции окисления, содержащих наряду с бетулоновой и бетулиновую кислоту, осуществляют после удаления твердой подложки из полученной дисперсии путем разбавления дисперсии водой, фильтрации разбавленной дисперсии, многократной промывки полученного осадка водой при температуре 50-100°С и последующее восстановление бетулоновой кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве донорного координирующего растворителя берут растворитель, который не подвергается окислению, например: ацетон, пиридин, диметилформамид, диэтиловый эфир.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование бетулина в донорном координирующем растворителе осуществляют при воздействии ультразвука с частотой 20-50 кГц в течение 0,5-5 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердая подложка выполнена из активного оксида алюминия (Al₂O₃) или силикагеля (SiO₂) с удельной поверхностью не менее 210 м²/г.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединения хрома (VI), наряду с оксидом хрома (CrO₃), используют или дихромат калия (K₂Cr₂O₇), или хромат калия (K₂CrO₄), или пиридиний дихромат ((C₅H₅NH)₂Cr₂O₇ ^2-), или хлорпиридиний хромат ((C₅H₅NH)⁺ClCrO₃ ^-).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаление из полученной дисперсии твердой подложки осуществляют при комнатной температуре через 1-120 мин после окончания реакции окисления.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что дисперсию разбавляют водой в 5-10 раз при комнатной температуре.