СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТУЛИНА
METHOD OF PRODUCING BETULIN

Изобретение относится к выделению ценных химических продуктов из отходов переработки древесины, а именно к способу получения бетулина формулы (I) из бересты березы, используемого в медицинской и парфюмерной промышленности.
Известен способ получения бетулина, заключающийся в том, что бересту предварительно измельчают в водной щелочи и экстрагируют изопропиловым спиртом. Выход бетулина 26% от веса сухой бересты (SU 382657, опубл. 1973).
Измельчение бересты в водном растворе щелочи является сложным в технологическом плане, так как производится механическим путем и поэтому требует больших затрат. Кроме того, недостатком данного способа является длительность операции извлечения бетулина и, вследствие этого, малая эффективность процесса.
Известен также способ получения бетулина путем обработки бересты водным раствором щелочи, сушки полученного продукта и последующей вакуумной разгонки сухого щелочного гидролизата при 230-245°С и остаточном давлении 10-14 мм рт.ст. Выход бетулина 50% от содержания его в бересте (Штанько И.Г. Получение бетулина и синтез сложноэфирных пленкообразователей на его основе. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. - М., 1953, МХТИ им. Д.И. Менделеева).
К недостаткам известного способа следует отнести сложность технологической реализации, а также длительность операции извлечения целевого продукта. Так, вакуумную разгонку сухого щелочного гидролизата проводят при высокой температуре (230-245°С) и остаточном давлении 10-14 мм рт.ст, что неудобно для технической реализации. Кроме того, недостатком способа является низкое качество бетулина, т.к. бетулин получают серого или желтого цвета, температура плавления не приведена.
Известен способ получения бетулина из бересты, заключающийся в том, что активацию бересты и ее щелочной гидролиз проводят одновременно в условиях неизобарного парокрекинга (взрывного автогидролиза) при температуре 180-260°С, давлении 2-5 МПа в течение 60-300 сек с последующей экстракцией бетулина спиртом (RU 2131882, опубл. 20.06.99).
Данный способ проведения взрывного гидролиза бересты в присутствии щелочи является сложным в техническом и технологическом исполнении. Процесс взрывного автогидролиза осуществляют на небольших экспериментальных установках объемом до нескольких литров, и в настоящее время способ не может быть реализован в более крупных реакторах. Недостатком способа является также его длительность, т.к. способ двухстадийный: кроме активации бересты и ее щелочного гидролиза, которые проводят одновременно, необходима последующая экстракция бетулина спиртом.
Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения бетулина, включающий измельчение бересты березы до частиц размером 1-3 мм, гидролиз в водном растворе 15-25%-ной щелочи при гидромодуле 5-6, температуре 100°С в течение 1-2 часов и последующую экстракцию гидролизованной реакционной массы метанолом, этанолом или изопропанолом (RU 2340624, опубл. 10.12.2008).
Недостатком данного способа является его технологическая сложность, так как способ включает две стадии, а именно стадию гидролиза бересты в водной щелочи и последующую экстракцию гидролизованной бересты спиртом. Затем следует довольно продолжительное выделение целевого продукта, а именно фильтрация горячей реакционной массы, отгонка спирта из водно-спиртощелочного гидролизата, последующая фильтрация остатка, содержащего бетулин, и отмывка водой бетулина-сырца на фильтре от продуктов гидролиза бересты и щелочи. К недостаткам следует отнести и использование на стадии экстракции легковоспламеняющихся спиртов.
Технический результат изобретения - упрощение способа за счет сокращения стадий процесса, снижение продолжительности выделения целевого продукта, исключение использования легковоспламеняющихся спиртов.
Технический результат достигается тем, что в способе получения бетулина гидролизом измельченной бересты березы кипячением в водном растворе 15-25%-ной щелочи и выделении бетулина фильтрованием водно-щелочного гидролизата с последующей промывкой его водой до нейтральной среды, согласно изобретению бересту березы предварительно измельчают до размера частиц 0,1 мм, затем проводят водно-щелочной гидролиз при гидромодуле 8-10 в течение 2-3 ч, а выделенный бетулин дополнительно перекристаллизовывают из спирта.
Сопоставительный анализ изобретения с прототипом показывает, что отличительными от прототипа признаками являются:
- использование бересты, измельченной до частиц размером 0,1 мм, что способствует более эффективному гидролизу лигноуглеводного компонента бересты и переходу его в раствор. В прототипе береста с частицами 1-3 мм;
- водно-щелочной гидролиз проводят при гидромодуле 8-10 течение 2-3 часов. В прототипе гидромодуль 5-6, а продолжительность гидролиза 1-2 часа;
- в отличие от прототипа выделенный бетулин-сырец дополнительно перекристаллизовывают из спирта.
Благодаря данным отличительным признакам сокращена стадия экстракции гидролизованной бересты спиртом, и следовательно, упрощена технология процесса получения бетулина, снижена продолжительность выделения целевого продукта, исключено использование легковоспламеняющихся спиртов.
Способ осуществляют следующим образом.
Бересту измельчают до частиц размером 0,1 мм, затем подвергают щелочному гидролизу водным раствором 15-25%-ной щелочи (гидроксида калия или натрия) при гидромодуле 8-10, температуре 100°С в течение 2-3 ч. Далее щелочной гидролизат подвергают фильтрованию и промывке на фильтре водой до нейтральных вод. Выход бетулина-сырца составляет 38,3% от веса абсолютно сухой бересты. Затем бетулин-сырец перекристаллизовывают из этанола или изопропанола. Предлагаемый способ позволяет достичь 95-98%-ной степени извлечения бетулина из бересты.
Пример конкретного выполнения.
В колбу объемом 0,5 л, снабженную обратным холодильником и мешалкой, загружают 10 г бересты, предварительно измельченной до частиц размером 0,1 мм, заливают 100 мл 20% раствора гидроксида калия и кипятят в течение 2 ч. Щелочной гидролизат охлаждают до температуры 15-20°С и подвергают фильтрованию. Бетулин как нерастворимый компонент щелочного гидролиза остается на фильтре. Затем его промывают на фильтре водой до нейтральных промывных вод, высушивают. Выход бетулина сырца составляет 38,3% от веса абсолютно сухой бересты. Затем бетулин сырец перекристаллизовывают из этанола или изопропанола. После перекристаллизации из этанола выход бетулина составляет 25,3%.
1
Бетулин, полученный по предлагаемому способу, представляет собой порошок белого цвета с температурой плавления 254-256°С. Строение бетулина подтверждено ЯМР H спектром (см. чертеж).
Выход бетулина, выделенного из бересты гидролизованной в водном растворе гидроксида калия или гидроксида натрия различной концентрации и перекристаллизованного из этанола, приведен в таблицах 1-2.
Таблица 1
Продолжительность гидролиза, ч
Концентрация КОН, %
1,5
2,0
2,5
3,0
Выход бетулина после перекристаллизации из этанола, % от а.с.б.
10
20,3
21,5
22,3
22,0
15
22,4
23,6
23,8
23,4
20
24,0
25,3
24,6
24,2
25
23,5
25,0
24,8
24,1
а.с.б. - абсолютно сухая береста
Таблица 2
Продолжительность гидролиза, ч
Концентрация NaOH, %
1,5
2,0
2,5
3,0
Выход бетулина после перекристаллизации из этанола, % от а.с.б.
10
19,0
20,8
21,5
21,9
15
21,7
22,1
22,7
23,3
20
22,9
23,4
23,8
24,1
25
22,3
23,1
22,8
23,2
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить способ за счет сокращения стадий процесса, снизить продолжительность выделения целевого продукта, исключить использование легковоспламеняющихся спиртов.