СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТУЛОНОВОЙ КИСЛОТЫ
METHOD FOR PRODUCING BETULONIC ACID

Изобретение относится к области фармацевтической промышленности, конкретно к способу получения бетулоновой кислоты.
Бетулоновая кислота (3-оксолуп-20(29)-ен-28-оевая кислота) проявляет разнообразные виды биологической активности, в частности противовирусную [S.Y. Ryu, С.К. Lee, J.W. Ahn, S.H. Lee, O.P. Zee, Archives of Pharmacal Research (1993), 16(4), 339-42], цитотоксическую и антиангиогенную активность [R. Mukherjee, M. Jaggi, P. Rajendran, M.J.A. Siddiqui, S.K. Srivastava, A. Vardhanb A.C. Burman, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 14 (2004) 2181-2184]. Бетулоновая кислота используется в качестве синтона для получения производных, обладающих противовоспалительной, противовирусной и антипролиферативной активностью [Т.Г. Толстикова, И.В. Сорокина, Г.А. Толстиков, А.Г. Толстиков, О.Б. Флехтер. Биоорганическая Химия, 2006, т.32, №3, с. 291-307].
Бетулоновую кислоту находят в нативных экстрактах [Н.М.P. Poumale, D. Amadou, Y. Shiono, G. Deccaux, W.F. Kapche, and В.T. Ngadjui, Asian Journal of Chemistry, 2011, vol. 23, #2 p. 525-527; D.N. Vedernikov, V.I. Roshchin, Russian Journal of Bioorganic Chemistry (2012), 38(7), 762-768], однако она наиболее доступна синтетически с использованием методов окисления бетулина, выделяемого из коры берез (Betula). Наиболее распространенной группой препаративных методов получения бетулоновой кислоты является окисление бетулина с использованием соединений шестивалентного хрома.
Известен способ (Мельникова Н.Б., Бурлова И.В., Кислицин А.Н., Клабукова И.Н., Пат. РФ 2428426, от 11.03.2010) окисления бетулина в донорных растворителях (ацетон, пиридин, диметилформамид, диэтиловый эфир) соединениями хрома (оксид хрома, или дихромат калия, или хромат калия, или пиридиний дихромат, или хлорпиридиний хромат) с получением бетулоновой кислоты с использованием ультразвука и нанесенного на подложку окислителя (окись алюминия или силикагель). Недостатком способа является использование дорогостоящей твердой подложки для нанесения окислителя, что не позволяет проводить процесс в укрупненном масштабе.
Известен способ получения бетулоновой кислоты, по которому очищенный бетулин окисляют окисью хрома в среде уксусной кислоты, реакционную смесь разбавляют раствором NaCl, экстрагируют эфиром, обрабатывают эфирный экстракт водным NaOH и отделяют Na соль бетулоновой кислоты фильтрованием [Ле Банг Шон, Каплун А.П., Шпилевский А.А., Андия-Правдивый Ю.Э., Алексеева С.Г., Григорьев В.Б., Швец В.И. // Биоорг. химия, 1998, т.24, №10, с. 787-793].
Недостатками способа являются большой расход растворителя - уксусной кислоты, ее безвозвратные потери при обработке реакционной смеси, кроме этого, по данному способу не предусмотрено восстановление избытка шестивалентного хрома при обработке реакционной смеси.
Известен также способ получения бетулоновой кислоты [Когай Т.И., Кузнецов Б.Н., Пат. РФ 2333916 от 12.03.2007] окислением бетулина реактивом Джонса в ацетоне при 0°C при мольном соотношении бетулина и хромового ангидрида 1:6÷1:7 в течение 20-30 мин. Недостатками способа является использование большого избытка окислителя, что приводит к образованию значительных количеств отходов солей хрома, применение для окисления и обработки широкого набора растворителей: ацетона, серного эфира, этанола, этилацетата, безвозвратные потери ацетона и этанола в виде водных растворов при обработке реакционной смеси.
3
Наиболее близким аналогом - прототипом настоящего изобретения является способ получения бетулоновой кислоты [N.I. Petrenko, N.V. Elantseva, V.Z. Petukhova, M.M. Shakirov, Е.Е. Shults, and G.A. Tolstikov, Chemistry of Natural Compounds, Vol.38, No. 4, 2002, 331-339], по которому бетулин, содержащий около 5% лупеола, окисляют реактивом Джонса в ацетоне, реакционную смесь обрабатывают метанолом, разбавляют водным раствором HCl и водой, экстрагируют диэтиловым эфиром и после промывок водным NaHCO и водой получают натриевую соль бетулоновой кислоты, которую очищают растворением в метаноле и переводят в бетулоновую кислоту.
Недостатками способа-прототипа являются следующие:
- Использование предварительной очистки бетулина для получения бетулоновой кислоты, для чего требуется трудоемкая подготовка субстрата.
- сложность процесса обработки и выделения, т.к. процесс включает многочисленные стадии с применением различных органических растворителей (ацетона, метанола, диэтилового эфира).
- Экономическими и экологическими недостатками способа являются большой расход органических растворителей для подготовки субстрата, проведения реакции и обработки, невозвратные потери ацетона и метанола, смешиваемых с водой при обработке реакционной массы, что в итоге приводит к попаданию органических загрязнений в сточные воды или в атмосферу.
Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа получения бетулоновой кислоты, повышение безопасности и улучшение экологических показателей процесса.
Поставленная задача решается тем, что:
- В качестве органического растворителя для проведения реакции окисления бетулина реактивом Джонса, а также для выделения суммы продуктов и очистки бетулоновой кислоты через соль используют метилтретбутиловый эфир.
- В качестве бетулина для получения бетулоновой кислоты используют смесь экстрактивных веществ бересты (содержащую бетулин и другие экстрактивные вещества) с экстрагентом - метил-третбутиловым эфиром при содержании экстрактивных веществ в смеси 3.9-12% вес.
- Отделение раствора бетулоновой кислоты и побочных продуктов в МТБЭ от неорганических веществ, а также нейтрализация избытка окислителя происходит в результате добавления разбавленного водного раствора неорганической кислоты к реакционной смеси.
- Отделение бетулоновой кислоты от побочных продуктов осуществляют посредством обработки раствора суммы продуктов окисления в МТБЭ водным раствором неорганического основания (NaOH), при этом отделяют осадок натриевой соли бетулоновой кислоты. Натриевую соль бетулоновой кислоты растворяют в спирте и очищают от примесей фильтрацией, фильтрат концентрируют и подкисляют с получением бетулоновой кислоты.
Способ осуществляют следующим образом.
Экстрагируют бересту метилтретбутиловым эфиром (МТБЭ) при нагревании до 50-55°C. Бетулинсодержащий экстракт, полученный в процессе извлечения экстрактивных веществ из бересты МТБЭ, сливают из экстрактора, загружают в аппарат для проведения реакции окисления. Для окисления используют раствор экстрактивных веществ с содержанием сухих веществ ~3,9% в МТБЭ, либо суспензию с содержанием экстрактивных веществ до ~12% (в последнем случае часть МТБЭ отгоняют, до получения суспензии с заданным содержанием экстрактивных веществ). К полученной смеси при охлаждении добавляют реактив Джонса, окисляют бетулин с получением бетулоновой кислоты. По окончании окисления к реакционной смеси добавляют водный раствор соляной кислоты, при этом происходит обратимая деструкция МТБЭ с образованием метанола, который расходуется на восстановление остаточных количеств 6-валентного хрома:
3
3
2
4
2
4
3
2
3CHOH+2CrO+6HSO→2Cr(SO)+3НСООН+9HO
Процесс разложения МТБЭ является обратимым. По мере расходования шестивалентного хрома в смеси устанавливается равновесие между МТБЭ и продуктами его разложения, накопления метанола в смеси не происходит.
Органический слой, содержащий продукты окисления экстрактивных веществ, растворенные в МТБЭ, отделяют от водного слоя, содержащего соли трехвалентного хрома. Органический слой обрабатывают водным раствором едкого натра и отделяют осадок соли бетулоновой кислоты фильтрованием от МТБЭ раствора нейтральных примесей. Соль бетулоновой кислоты растворяют в этаноле, раствор фильтруют, фильтрат концентрируют, обрабатывают кислотой, выделяют очищенную бетулоновую кислоту. Раствор нейтральных примесей в МТБЭ концентрируют и возвращают отгоны растворителя на стадию экстракции бересты.
Технико-экономические преимущества предлагаемого способа заключаются в следующем:
- Для проведения реакции не применяют смешивающийся с водой растворитель - ацетон (который безвозвратно расходуется по способу-прототипу). В качестве растворителя используют МТБЭ со стадии экстракции бересты, который отделяют вместе с продуктами реакции от неорганических веществ, регенерируют после обработки и возвращают в цикл экстракции.
- Увеличение соотношения субстрат : растворитель по сравнению со способом-прототипом позволяет проводить процесс с большими загрузками в случае использования концентрата экстракта.
- Не требуется добавление алифатического спирта для нейтрализации избытков окислителя. Восстановление избытка шестивалентного хрома происходит метанолом, образующимся при добавлении раствора неорганической кислоты, вызывающего частичное разложение МТБЭ.
- По предлагаемому способу используется несмешивающийся с водой МТБЭ, с которым отделяются продукты от водной фазы, поэтому исключается операция разбавления реакционной смеси водой и отделения продукта реакции. В связи с этим количество водных стоков, содержащих соли хрома, сокращается ~ в 10 раз, что существенно снижает расходы на их обработку.
- По предлагаемому способу экстракцию, окисление бетулина и очистку бетулоновой кислоты через соль осуществляют с использованием одного растворителя - МТБЭ, поэтому исключается использование дополнительного растворителя - серного эфира на стадии очистки.
- Экологические преимущества при реализации процесса по предлагаемому способу заключаются в предотвращении попадания органических растворителей в сточные воды (поскольку для проведения реакции используется растворитель, не смешивающийся с водой).
- Экономические преимущества заявляемого способа заключаются в снижении затрат на использование растворителей (исключение ацетона и серного эфира) при проведении окисления и очистки. Сокращаются эксплуатационные затраты: уменьшено количество операций при подготовке бетулина к окислению и при проведении очистки бетулоновой кислоты. По предлагаемому способу в качестве смеси, содержащей бетулин в органическом растворителе, используют смеси неочищенного экстракта бетулина в МТБЭ, получаемого при экстракции бересты МТБЭ с содержанием сухого вещества 3.9-12% в смеси, поэтому не требуется выделять бетулин из экстракта, проводить его очистку, готовить смесь бетулина с органическим растворителем, снижены затраты на концентрирование экстракта. При выделении бетулоновой кислоты исключается значительное разбавление реакционной смеси водой, использование дополнительного экстрагента (серного эфира) для экстракции продуктов окисления.
Способ иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1. Экстракция бересты
Воздушно-сухую измельченную бересту (35 кг) в мешках из бязи заливают 350 л метил-третбутилового эфира (МТБЭ) и нагревают подачей пара в рубашку аппарата до температуры ~55°C. Экстракт выдерживают при температуре 50-55°C в течение 4 час, после чего экстракт (250 л) сливают через фильтр и отправляют на установку концентрирования экстракта (аппарат с рубашкой). Операцию экстракции проводят всего 3 раза при добавлении метил-третбутилового эфира (250 л) и выдерживании 4 час при температуре 50-55°C. Вторая и третья порция экстрактов имеют объем ~250 л. При нескольких последовательных загрузках бересты третий экстракт используют для залива на свежую бересту. Экстракты сливают из аппарата, получают рабочий экстракционный раствор. Остаточный МТБЭ со слоя бересты удаляют гидродистилляцией и собирают, используют в процессе экстракции.
Пример 2. Окисление экстракта бетулина 3.9% вес. при -5÷-2°C, получение бетулоновой кислоты.
34.6 л рабочего экстракционного раствора, полученного согласно примеру 1 (содержание экстрактивных веществ ~1 кг ~3.9% вес., весовое соотношение субстрат: растворитель 1:24.9, содержание бетулина в сухом экстракте 84%), загружают в аппарат емкостью 60 л. охлаждают до -5°C. При интенсивном перемешивании прибавляют к суспензии реактив Джонса (2,5 л), поддерживая температуру -5÷-2°C. Смесь перемешивают 4 час при температуре -5÷-2°C.
К смеси при перемешивании прибавляют 10% раствор HCl (20 л), смесь перемешивают 3 час при комнатной температуре, после чего отделяют верхний органический слой. Водный слой экстрагируют МТБЭ (5 л). Органические слои объединяют, промывают водой (2×5 л). К суммарному органическому экстракту добавляют при перемешивании 1,5 л 2,5 М раствора NaOH, образующуюся суспензию перемешивают в течение 1 час.
Соль отделяют фильтрованием на друк-фильтре, промывают МТБЭ, отжимают. Фильтрат концентрируют отгонкой МТБЭ при атмосферном давлении, отогнанный растворитель возвращают в цикл экстракции.
Осадок соли бетулоновой кислоты, снятый с фильтра, растворяют в 10 л этанола, раствор фильтруют, отделяют фильтрованием нерастворимые примеси.
Спиртовый фильтрат, содержащий натриевую соль бетулоновой кислоты, концентрируют до 3 л.
К полученному концентрату соли бетулоновой кислоты добавляют 5% HCl (5 л), суспензию перемешивают, фильтруют.
Осадок на фильтре промывают водой до нейтральной реакции, сушат при 50-65°C до постоянного веса. Получают 0.45 кг бетулоновой кислоты (СОВ 94%) в виде порошка белого цвета. Выход целевого продукта 49% (с учетом содержания бетулина в окисляемом экстракте).
Пример 3. Концентрирование экстракта, окисление концентрата экстракта бетулина 12% вес. при -5÷-2°C, получение бетулоновой кислоты
В аппарат с рубашкой и мешалкой (V=60 л) загружают порцию объемом 40 л экстракционного раствора (раствора бетулина в МТБЭ), полученного согласно примеру 1.
Отгоняют при перемешивании часть МТБЭ подачей теплоносителя в рубашку аппарата, добавляют по мере отгонки порциями экстракционный раствор, полученный согласно примеру 1. В результате отгонки МТБЭ получают концентрат - суспензию 12% вес., содержащую бетулин (2,0 кг, СОВ ~ 84%) и метилтретбутиловый эфир 20 л. Отогнанный МТБЭ возвращают в процесс экстракции бересты.
Концентрат экстракта - суспензию 12% вес., содержащую 20 л МТБЭ и 2 кг бетулина, охлаждают подачей теплоносителя в рубашку аппарата и при перемешивании прибавляют к смеси реактив Джонса (5,2 л), поддерживая температуру -5÷-2°C. Реакционную смесь перемешивают при -5÷-2°C 4 час.
К смеси при перемешивании прибавляют раствор 10% раствор HCl (10 л). Смесь перемешивают в течение 3 час при комнатной температуре (при этом бетулоновая кислота переходит в органический раствор, происходит восстановление избытка шестивалентного хрома). Верхний органический слой отделяют. Водный слой экстрагируют МТБЭ (5 л). Органические слои объединяют, промывают водой (2×5 л).
К суммарному органическому экстракту добавляют при перемешивании 2,5 л 2.5М раствора NaOH, образующуюся суспензию перемешивают в течение 1 час.
Осадок соли отделяют фильтрованием, промывают МТБЭ на фильтре, отжимают. Фильтрат МТБЭ, содержащий нейтральные примеси, концентрируют отгонкой МТБЭ при атмосферном давлении, отогнанный растворитель возвращают в цикл экстракции. Осадок соли бетулоновой кислоты, снятый с фильтра, растворяют в 10 л этанола, раствор фильтруют, отделяют фильтрованием нерастворимые примеси.
Спиртовый фильтрат, содержащий натриевую соль бетулоновой кислоты, концентрируют до 3 л. К полученному концентрату добавляют соляную кислоту (5%, 15 л), суспензию перемешивают, фильтруют.
Осадок на фильтре промывают водой до нейтральной реакции, сушат при 50-65°C до постоянного веса. Получают 0,96 кг целевого продукта в виде порошка белого цвета (СОВ 95%). Выход бетулоновой кислоты в расчете на содержание бетулина в окисляемом экстракте составляет ~53%.