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 использовано 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 биологическим 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.

Известен 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 (2). 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 к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является известный способ получения бетулиновой кислоты, выбранный авторами в качестве прототипа.

Данный способ осуществляют путем окисления бетулина, предварительно растворенного в ледяной уксусной кислоте, оксидом хрома (VI) в растворе уксусной кислоты в бетулоновую кислоту, очистки 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), 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 бетулоновую кислоту восстанавливают борогидридом натрия в растворе диэтилового эфира до бетулиновой кислоты (3).

При этом выход целевого продукта 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.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения бетулиновой кислоты, позволяющего достичь высокого выхода целевого продукта, простого по исполнению и не требующего использования большого количества органических растворителей.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения бетулиновой кислоты, включающем окисление предварительно подготовленного бетулина соединением хрома (VI) в растворе, очистку полученной бетулоновой кислоты и ее восстановление борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты, согласно изобретению перед окислением бетулин диспергируют в донорном координирующем растворителе - ацетоне, окисление бетулина осуществляют соединением хрома (VI) - дихроматом калия (K₂Cr₂O₇), в присутствии гетерополикислоты 12-го ряда структуры Кеггина при содержании ее в реакционной смеси 1·10^-5-1·10^-3 моль/л, для очистки полученной бетулоновой кислоты жидкую фазу, содержащую бетулоновую кислоту, отделяют от осадка и разбавляют ее водой до образования дисперсии, затем полученную дисперсию фильтруют, осадок, представляющий собой бетулоновую кислоту, многократно промывают водой, после чего бетулоновую кислоту восстанавливают борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты.

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

Предпочтительно, что в качестве гетрополикислоты используют вольфрамофосфорную кислоту (H₃PW₁₂O₄₀), или молибдофосфорную кислоту (H₇(P(Mo₂O₇)₆), или молибдокремниевую кислоту (H₄(SiMo₁₂O₄₀). Предпочтительно, что окисление бетулина осуществляют при температуре 15-35°C в течение 60-240 минут.

Предпочтительно, что осадок, представляющий собой бетулоновую кислоту, промывают водой 5-10 раз.

Новым техническим результатом предлагаемого способа является повышение выхода целевого продукта до 88-92% по сравнению с 65% по прототипу за счет повышения селективности на стадии окисления бетулина до 95-98%, сокращение числа операций, что упрощает способ получения и приводит к сокращению сроков его реализации, а также сокращение объемов использования органических растворителей и, как следствие, снижение загрязнения окружающей среды.

Данный технический результат обусловлен тем, что перед окислением бетулин диспергируют в донорном координирующем растворителе, окисление бетулина осуществляют в присутствии гетерополикислоты 12-го ряда структуры Кеггина, при содержании ее в реакционной смеси 1·10^-5-1·10^-3 моль/л, а очистку полученной бетулоновой кислоты осуществляют путем отделения жидкой фазы, содержащей полученную бетулоновую кислоту, от осадка, разбавления жидкой фазы водой до образования дисперсии, фильтрования полученной дисперсии, промывки осадка, содержащего бетулоновую кислоту, водой и затем восстанавливают бетулоновую кислоту в бетулиновую кислоту.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно перед проведением реакции окисления бетулина его диспергируют в донорном координирующем растворителе - ацетоне, предпочтительно при воздействии ультразвука с частотой 20-50 кГц в течение 0,5-5,0 мин и затем к раствору бетулина добавляют раствор гетерополикислоты 12-го ряда структуры Кеггина при содержании ее в реакционной смеси 1·10^-5-1·10^-3 моль/л, при этом в качестве гетерополикислоты используют, в частности, вольфрамофосфорную кислоту (H₃PW₁₂O₄₀), или молибдофосфорную кислоту (H₇(P(Mo₂O₇)₆), или молибдокремниевую кислоту (H₄(SiMo₁₂O₄₀), и раствор соединения хрома (VI), а именно дихромат калия (K₂Cr₂O₇), окисление бетулина осуществляют в течение 60-240 мин при температуре 15-35°C, и по окончании реакции окисления полученную бетулоновую кислоту очищают путем отделения жидкой фазы, содержащей бетулоновую кислоту, от осадка и разбавляют ее водой до образования дисперсии, затем полученную дисперсию фильтруют, осадок, представляющий собой бетулоновую кислоту, промывают водой, после чего бетулоновую кислоту восстанавливают борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты.

При этом выход целевого продукта - бетулиновой кислоты составляет 88-92%.

Примеры конкретного использования предлагаемого способа

Пример 1.

Предварительно перед проведением реакции окисления бетулина 1 г бетулина диспергировали в 92 мл ацетона при воздействии ультразвука с частотой 20 кГц в течение 5 мин, затем к раствору бетулина добавляли раствор вольфрамофосфорной кислоты (H₃PW₁₂O₄₀), при содержании ее в реакционной смеси 1·10^-3 моль/л, и раствор дихромата калия (K₂Cr₂O₇), окисление бетулина осуществляли при температуре 15°C в течение 240 мин и по окончании реакции окисления полученную бетулоновую кислоту очищали путем отделения жидкой фазы, содержащей бетулоновую кислоту, от осадка и разбавления ее водой в 5 раз при комнатной температуре до образования дисперсии, после чего полученную дисперсию фильтровали, а осадок, представляющий собой бетулоновую кислоту, промывали водой, после чего бетулоновую кислоту восстанавливали борогидридом натрия в органическом растворителе - изопропиловом спирте до бетулиновой кислоты.

При этом выход целевого продукта - бетулиновой кислоты составил 92%.

Селективность, выход и характеристика целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Характеристики полученной бетулиновой кислоты:

ИК-спетр: 3444 (ш.ср.), 3390, νO-H; 3070 (узк.сл.) ν=C-H; 2941 (ср.инт.), 2868 (узк.инт.) νC-H_as,s углеродного скелета; 1689 (узк.инт.) νC=O от COOH; 1641 (узк.ср.) νC=C; 1456 (узк.инт.) δO-H, 1377 (узк.инт.) δCH_3sy; 1043 (узк.инт), 1031, νCH2OH; 883 (узк.инт.) δC=CH₂.

Спектр ЯМР ¹³C:

-CH₃: 27,6 (C23); 14,0 (C24); 14,2 (C25); 14,2 (C26); 12,7 (C27); 17,4 (C30);

-CH, -CH2 (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 (С11); 23,5 (C12); 38,0 (C13); 41,8 (C14); 25,5 (C15); 28,5 (C16); 55,3 (C17); 46,3 (C18); 48,5 (C19); 150,3 (C20); 30,2 (C21); 32,4 (C22);

-COOH: 177,2 (C28); C = O: 76,8 (C3); = CH2: 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.=304-306°C.

Пример 2.

Осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали при воздействии ультразвука с частотой 50 кГц в течение 0,5 мин, окисление проводили при температуре 35°C в течение 60 мин, при содержании в реакционной смеси молибдофосфорной кислоты (H₇(P(Mo₂O₇)₆) 1·10^-5 моль/л, а жидкую фазу разбавляли водой 10 раз. Выход и характеристика целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице.

Пример 3.

Осуществляли аналогично примеру 1, при этом бетулин диспергировали без воздействия ультразвука, окисление проводили при температуре 15°C в течение 240 мин, при содержании в реакционной смеси молибдокремниевой кислоты (H₄(SiMo₁₂O₄₀) 1·10^-5 моль/л, а жидкую фазу разбавляли водой 5 раз.

Выход и характеристика целевого продукта - бетулиновой кислоты представлены в таблице 1.

Таблица 1.
Данные о селективности и выходе целевого продукта в примерах 1-3
№ при-мера	Характеристика полученной бетулиновой кислоты
Селективность, %	Выход, %	tпл., °C	Спектр ЯМР 13C
1	98	92	304-306	76,8 (C3); 150,3 (C20); 177,2 (C28); 109,2 (C29)
2	95	88	299-301	76,8 (C3); 150,5 (C20); 177,8 (C28); 109,2 (C29)
3	97	92	302-304	76,8 (C3); 150,3 (C20); 177,2 (C28); 109,2 (C29)

Как видно из полученных результатов, предлагаемый способ позволяет достичь выхода целевого продукта - бетулиновой кислоты ~88-92% по отношению к исходному бетулину при простоте его исполнения и непродолжительном времени реализации, а также при незначительных объемах использования органических растворителей, и, как следствие, реализация предлагаемого способа практически не приводит к загрязнению окружающей среды.

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

3. Патент РФ №2269541, заявка №2004137442/04 от 21.12.2004 на «Способ получения бетулиновой кислоты» (прототип).

1. Способ получения бетулиновой кислоты, включающий окисление предварительно подготовленного бетулина соединением хрома (VI) в растворе, очистку полученной бетулоновой кислоты и ее восстановление борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты, отличающийся тем, что перед окислением бетулин диспергируют в донорном координирующем растворителе - ацетоне, окисление бетулина осуществляют соединением хрома (VI) - дихроматом калия (K₂Cr₂O₇), в присутствии гетерополикислоты 12-го ряда структуры Кеггина при содержании ее в реакционной смеси 1·10^-5-1·10^-3 моль/л, для очистки полученной бетулоновой кислоты жидкую фазу, содержащую бетулоновую кислоту, отделяют от осадка и разбавляют водой до образования дисперсии, затем полученную дисперсию фильтруют, осадок, представляющий собой бетулоновую кислоту, многократно промывают водой, после чего бетулоновую кислоту восстанавливают борогидридом натрия в органическом растворителе до бетулиновой кислоты.

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

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гетерополикислоты используют вольфрамофосфорную кислоту (H₃PW₁₂O₄₀), или молибдофосфорную кислоту (Н₇(Р(Мо₂O₇)₆), или молибдокремниевую кислоту (H₄(SiMo₁₂O₄₀).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисление бетулина осуществляют при температуре 15-35°C в течение 60-240 мин.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок, содержащий бетулоновую кислоту, промывают водой 5-10 раз.