СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА
METHOD OF PRODUCING DIHYDROQUERCETIN

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности, а именно к получению дигидрокверцетина (ДКВ), обладающего высокой антиоксидантной активностью.
ДКВ относится к классу восстановленных флавоноидов и является представителем группы флаванон-3-олов. По химической структуре ДКВ является полифенолом (3,3',4',5,7-пентагидроксифлаванон), его антирадикальная активность проявляется уже при концентрациях 3,3÷0,3 мкмоль/л при полном отсутствии мутагенной активности для человека. Препарат ДКВ - важнейший P-витамин антиоксидантного действия, который обеспечивает жизнедеятельность человека, отвечая, в частности, за сопротивляемость живых организмов к различным патологиям и вирусным заболеваниям. ДКВ используется в качестве капилляроукрепляющего, капилляропротекторного, гемореологического средства. В фармакологии рекомендован для комплексного лечения авитаминоза, ишемической болезни сердца, атеросклероза, оказывает положительное влияние на функциональное состояние печени, способствует восстановлению дренажной функции бронхов и биомеханики дыхания, улучшает работу сердца. Входит в состав фитоконцентратов, предназначенных для профилактики и для лечения сахарного диабета, заболеваний печени и желчного пузыря, желудочно-кишечного тракта, предстательной железы, почек и мочевого пузыря, а также сердечно-сосудистых заболеваний. Имеет широкий спектр действия: регулирует метаболические процессы и может применяться в комплексной терапии различных заболеваний, оказывает положительное влияние на функциональное состояние практически всех внутренних органов человека. Используется для профилактики и лечения опухолевых (в том числе онкологических) заболеваний, при поражении СПИДом, аутоиммунных заболеваниях, хронических воспалительных процессах вирусной и бактериальной природы и при приобретенных патологиях.
Вместе с тем широкому внедрению ДКВ препятствует его высокая рыночная стоимость вследствие ограниченности сырьевой базы (виноград, эвкалипт, японская сакура, лепестки розы и др.), а также энерго- и ресурсозатратность, сложность и экологическая небезупречность технологий его выделения из растительного сырья. Альтернативой сырья для производства ДКВ являются корни и комлевая часть даурской и сибирской лиственницы, произрастающей в Сибири и на Дальнем Востоке, древесина которой содержит до 2,5% флавоноидов, представленных в основном ДКВ, кверцетином, дигидрокемпферолом и нарингенином [Тюкавкина НА., Лаптева К.И., Медведева С.А. Фенольные экстрактивные вещества рода Larix (обзор). // Химия древесины. 1973. Вып.13. С.3-17].
Все известные способы получения ДКВ из древесины лиственницы позволяют достичь степени чистоты от 90 до 97%. При этом примесями являются, как правило, родственные по структуре другие флавоноидные соединения. Освобождение от этих примесей затруднено тем, что эти соединения имеют близкие с ДКВ физико-химические свойства (растворимость, сорбционная способность и др.).
Большинство известных способов получения дигидрокверцетина из древесины лиственницы основаны на экстракции его различными растворителями, в частности экстракцией водой и водно-органическими смесями. Основным недостатком известных способов является большой объем сточных вод и высокие энергозатраты на регенерацию экстрагента.
Известен способ получения дигидрокверцетина, заключающийся в экстракции влажной измельченной древесины лиственницы органическим растворителем - этилацетатом с последующим упариванием экстракта, обработке его горячей водой, фильтрации водного раствора от примесей и кристаллизации из него дигидрокверцетина, причем измельченную древесину непосредственно перед экстракцией насыщают водой, упаренный экстракт обезжиривают гексаном или бензином, а водный раствор дигидрокверцетина перед кристаллизацией фильтруют от примесей (патент РФ №2158598, опубл. 10.11.2000 г.).
Недостатком известного способа является сложность подготовки сырья, а также большой расход экстрагента.
Известны способы выделения ДКВ, включающие сорбцию последнего на различных сорбентах с последующей десорбцией подходящим элюентом.
Известен, например, способ получения ДКВ путем экстракции опилок древесины лиственницы горячей (98-100°С) водой и дальнейшей очистки охлажденного экстракта полиамидным сорбентом (патент РФ №2000797, опубл. 15.10.1993).
Недостатками известного способа являются необходимость использования сравнительно дорогого, не производимого отечественной промышленностью, полиамидного сорбента, наличие большого объема сточных вод и высокие энергозатраты на нагрев воды.
Известен способ получения дигидрокверцетина в составе биофлавоноидного комплекса путем экстракции измельченной древесины лиственницы 96,5% этиловым спиртом с последующей реэкстракцией пропиленгликолем (пропандиол-1,2), смешиванием пропиленгликолевого экстракта с раствором хлорида натрия в воде, отделением смолы и эфирных масел, нанесением дигидрокверцетинсодержащего сырья на полиамидный сорбент, промывкой сорбента и элюированием смеси биофлаваноидов 96,5% этиловым спиртом, упариванием спирта, кристаллизацией и сушкой продукта (патент РФ №2186097, опубл. 27.07.2002).
Однако данный способ не позволяет выделить дигидрокверцетин в качестве самостоятельного компонента.
Известен способ выделения ДКВ, включающий предварительную обработку древесины лиственницы кипящей водой с последующей экстракцией водным раствором ацетона и очистку водно-ацетонового экстракта жидкостной хроматографией на обращенно-фазных сорбентах типа сферисорб С2-С18 с размером частиц 5-10 мкм с использованием в качестве подвижной фазы 30-50%-ного раствора ацетона в 0,1%-ном водном растворе трифторуксусной кислоты и удаление ацетона упариванием. Технический результат заключается в получении дигидрокверцетина высочайшей степени очистки, более 99,5% (патент РФ 2114631, опубл. 10.07.98).
Недостатком известного способа является его сложность и использование дорогостоящих ВЭЖХ сорбентов, что не позволяет эффективно его масштабировать для промышленной наработки высокоочищенного дигидрокверцетина.
1
3
Известен способ получения высокоочищенного дигидрокверцетина из дигидрокверцетинсодержащего сырья, включающий получение раствора дигидрокверцетинсодержащего сырья в полярном растворителе, по меньшей мере, один цикл хроматографии с нанесением пробы полученного раствора на колонку, заполненную гидрофобным сорбентом и термостатированную при 30-50°С, элюирование сорбента подвижной жидкой фазой, упаривание элюата, сушку полученного продукта, причем в качестве полярного растворителя используют водный раствор алифатического спирта C-С, нанесение пробы осуществляют при концентрации спирта в растворе не выше 20 об.%, при этом в качестве подвижной фазы используют водный раствор того же спирта при его концентрации в растворе, по меньшей мере, на 3% превышающей концентрацию спирта в растворе, из которого осуществлено нанесение пробы, но не выше 30 об.%. Предпочтительно, нанесение пробы на колонку осуществляют при концентрации спирта в растворе 1-20 об.%, а элюирование осуществляют при концентрации спирта в растворе 12-30 об.% (патент РФ №2349330, опубл. 20.03.2009). Способ обеспечивает получение ДКВ с чистотой 97,1-99,5% и выходом 89-93%.
Недостатками известного способа являются использование токсичного элюента (метиловый спирт), высокие энергозатраты для нагрева и поддержание постоянной температуры хроматографической колонны, способ не рассчитан для применения в производственных масштабах. Кроме этого, в качестве дигидрокверцетинсодержащего сырья используют уже готовые субстанции «Лавитол» и «Сибел» с содержанием ДКВ от 88 до 96%.
Наиболее ближайшим к заявляемому способу - прототипом является способ получения ДКВ, заключающийся в следующем. Древесину лиственницы сибирской или даурской очищают от коры, раскалывают и сушат при 40-50°С до остаточной влажности 23-27%. Высушенную древесину измельчают и экстрагируют растворимые вещества 75-85% водным раствором этилового спирта при температуре 45-50°С при соотношении сырье:экстрагент 1:(7-10). Далее экстрагент отгоняют, а опилки подают на пресс для дополнительного возврата спирта. Затем водную часть экстракта охлаждают до 20-25°С в течение 20-30 минут для удаления сопутствующих ДКВ смолообразных примесей. В обессмоленную водную часть экстракта добавляют метилтретбутиловый эфир (МТБЭ) в соотношении 1:(0,3-0,45) и реэкстрагируют ДКВ в течение 2-3 часов. Эфирную часть экстракта отделяют от водной части отстаиванием в течение 2-2,5 часов и подают на упаривание МТБЭ, а целевой продукт кристаллизуют из горячей воды (патент №2330677, опубл. 10.08.2008). Изобретение позволяет получать ДКВ с выходом 2,2-2,5% от массы абсолютно сухой древесины со степенью чистоты 90-96%.
Основными недостатками известного способа являются недостаточная степень чистоты ДКВ, сложность и длительность технологии, большой объем сточных вод и высокие энергозатраты на регенерацию экстрагента. Кроме этого, применение метилтретбутилового эфира может привести к сложным экологическим проблемам.
Технической задачей настоящего изобретения является упрощение известного способа и повышение его экологичности за счет сокращения объема сточных вод и энергозатрат на регенерацию экстрагента, а также исключение токсичного экстрагента (метилтретбутилового эфира).
Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом, заключающимся в следующем.
2
Древесину лиственницы сибирской или даурской очищают от коры, раскалывают и сушат при 40-50°С до остаточной влажности 15-25%. Высушенную древесину измельчают и из опилок экстрагируют растворимые вещества 75% водным раствором этилового спирта при температуре 40-50°С при соотношении сырье:экстрагент 1:(6-7). Далее экстрагент отгоняют, а опилки подают на пресс шнекового типа для механического отжима и дополнительного возврата спирта. Затем водную часть экстракта охлаждают до 38-42°С в течение 20-30 минут для удаления сопутствующих ДКВ смолообразных примесей. Обессмоленную водную часть экстракта с температурой 38-42°С подают на хроматографическую колонну диметром 800 мм, объемом 300 литров, заполненную гидрофобным сорбентом ЛПС-500 на основе полидивинилбензола с удельной поверхностью 700-900 м/г с размером микросфер 75-100 мкм. Элюирование целевого продукта осуществляют 32-40%-ным раствором этилового спирта. Элюат собирают в одну порцию или делят на две-три фракции, в зависимости от необходимой чистоты целевого продукта (ДКВ). Каждую фракцию упаривают до полного удаления этилового спирта, остаток кристаллизуют из деионизированной воды. Из первой фракции получают ДКВ со степенью чистоты 99-99,5%, из второй фракции - 97-98%, из третьей фракции - 95-96%. Колонну очищают промывкой 96%-ным этиловым спиртом и далее заполняют водой для нанесения новой порции сырого упаренного водного экстракта. Сорбент в хроматографической колонне используется многократно: 300 и более раз без потери качества.
Способ позволяет получать целевой продукт с выходом 1,5-2,5% от массы абсолютно сухой древесины со степенью чистоты 95,5-99,5%.
Определяющими существенными отличительными признаками заявляемого способа, по сравнению с прототипом, являются:
2
- очистку целевого продукта проводят методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на гидрофобном сорбенте ЛПС-500 на основе полидивинилбензола с удельной поверхностью 700-900 м/г, с размером микросфер 75-100 мкм, что позволяет значительно упростить способ, сократить его длительность и повысить чистоту целевого продукта;
- на хроматографическую колонну подают водный экстракт дигидрокверцетина, что позволяет исключить дополнительную операцию по растворению в этиловом спирте и уменьшить потери целевого продукта;
- элюирование осуществляют 32-40%-ным раствором этилового спирта, что позволяет добиться максимального эффекта разделения ДКВ от сопутствующих примесей и родственных флавоноидов;
- элюат собирают в одну порцию или делят на две-три фракции, каждую фракцию упаривают до полного удаления этилового спирта, остаток кристаллизуют из деионизированной воды, что позволяет полностью исключить возможность наличия остаточного растворителя этилового спирта и получать различные степени очистки целевого продукта в зависимости от потребностей пользователей ДКВ (косметическая, пищевая или фармацевтическая промышленность).
В результате получают целевой продукт с чистотой 95,5-99,5% основного компонента ДКВ в промышленных масштабах.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.
Пример 1
2
Древесину лиственницы сибирской или даурской очищают от коры, раскалывают и сушат при 40°С до остаточной влажности 15-17%. Высушенную древесину измельчают и экстрагируют растворимые вещества 75% водным раствором этилового спирта при температуре 50°С при соотношении сырье:экстрагент 1:6. Далее экстрагент отгоняют, а опилки подают на пресс шнекового типа для механического отжима и дополнительного возврата спирта. Затем водную часть экстракта охлаждают до 38°С в течение 30 минут для удаления сопутствующих ДКВ смолообразных примесей. Обессмоленный водный экстракт ДКВ, объемом 150 литров с температурой 38°С, подают на хроматографическую колонну диметром 800 мм, объемом 300 литров, заполненную гидрофобным сорбентом ЛПС-500 на основе полидивинилбензола с удельной поверхностью 700 м/г с размером микросфер 75 мкм. Элюирование целевого продукта осуществляют 40%-ным раствором этилового спирта. Элюат собирают в виде одной фракции, которую упаривают до полного удаления этилового спирта, остаток кристаллизуют из деионизированной воды. Далее ДКВ сушат при температуре 45-50°С с продувкой азотом, для предотвращения окисления, в течение 10-12 часов до остаточной влажности 5-7%. Выход целевого продукта составляет 2,5%. ДКВ получают со степенью чистоты 96%, массой 5,5 кг. Колонну очищают промывкой 96%-ным этиловым спиртом и далее заполняют водой для нанесения новой порции сырого упаренного водного экстракта.
Пример 2
2
Древесину лиственницы сибирской или даурской очищают от коры, раскалывают и сушат при 50°С до остаточной влажности 20-25%. Высушенную древесину измельчают и экстрагируют растворимые вещества 75% водным раствором этилового спирта при температуре 40°С при соотношении сырье:экстрагент 1:7. Далее экстрагент отгоняют, а опилки подают на пресс шнекового типа для механического отжима и дополнительного возврата спирта. Затем водную часть экстракта охлаждают до 42°С в течение 20 минут для удаления сопутствующих ДКВ смолообразных примесей. Обессмоленный водный экстракт ДКВ, объемом 150 литров с температурой 42°С, подают на хроматографическую колонну диметром 800 мм, объемом 300 л, заполненную гидрофобным сорбентом ЛПС-500 на основе полидивинилбензола с удельной поверхностью 900 м/г с размером микросфер 100 мкм. После нанесения сырого продукта колонну элюируют спиртом. Элюирование осуществляют 32%-ным раствором этилового спирта. Элюат делят на три фракции. Каждую фракцию упаривают до полного удаления этилового спирта, остаток кристаллизуют из деионизированной воды. Далее ДКВ сушат при температуре 45-50°С с продувкой азотом, для предотвращения окисления, в течение 10-12 часов до остаточной влажности 5-7%. Выход целевого продукта составляет 1,5%. Из первой фракции получают ДКВ со степенью чистоты 99,5% и массой 3,2 кг. Из второй фракции получают ДКВ со степенью чистоты 98% и массой 1,7 кг. Из третей фракции получают ДКВ со степенью чистоты 95,5% и массой 0,5 кг. Колонну очищают промывкой 96%-ным этиловым спиртом объемом 750 л и далее заполняют водой объемом 300 л для нанесения новой порции сырого упаренного водного экстракта. Использование предлагаемого способа позволит:
- повысить чистоту целевого продукта до 99.5% при сохранении высокого выхода ДКВ;
- упростить способ, исключив из технологии длительные и трудоемкие стадии реэкстрации ДКВ в течение 2-3 часов метилтретбутиловым эфиром с последующим отделением эфирной части экстракта от водной части отстаиванием в течение 2-2,5 часов и упариванием метилтретбутилового эфира;
- повысить экологичность способа, исключив из процесса пожароопасный, токсичный реагент - метилтретбутиловый эфир, а также уменьшив объем сточных вод и энергозатраты;
- снизить конечную стоимость готового продукта ДКВ за счет использования только одного растворителя (этилового спирта), а также значительного уменьшения количества необходимого для производства оборудования (емкостного парка для хранения, отстаивания, перемешивания, растворения);
- исключить стадию выделения промежуточного продукта с содержанием менее 88% основного компонента ДКВ и его подготовку для введения в хроматографическую колонну, что уменьшит временные и энергетические затраты.
Предложенный способ позволяет получить ДКВ с высоким выходом и высокой степенью чистоты, существенно упростить технологию процесса, сократить время проведения процесса, снизить затраты на производство и обеспечить возможность переработки больших (сотни тонн) объемов сырья.