Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ВНЕШНЕЙ БЕРЕЗОВОЙ КОРЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ БЕТУЛИНА И СУБЕРИНОВЫХ КИСЛОТ

Изобретение относится к химической переработке лесотехнических отходов, конкретно к переработке березовой коры с получением бетулина и субериновых кислот.

Береста, являющаяся крупнотоннажным отходом лесопереработки, представляет собой источник ряда ценных компонентов, таких как бетулин и субериновые производные.

Бетулин, относящийся к тритерпеноидам ряда лупана, проявляет различные виды биологической активности [Т.Г. Толстикова, И.В. Сорокина, Г.А. Толстиков, А.Г. Толстиков, О.Б. Флехтер, Биоорганическая Химия, 2006, т. 32, №1, с. 42-55]. Бетулин широко используют в синтетических целях, в основном, для получения соединений, представляющих интерес в качестве фармпрепаратов, в частности, для получения производных бетулиновой кислоты, для которых известна противоопухолевая и анти-ВИЧ активность [P. Yogeeswari, D. Sriram, Curr. Med. Chem., 2005, 12, p. 657; R. Cichewicz, S. Kouzi, Med. Res. Rev., 2003, 24, p. 90. Kuo R.-Y., Qian K., Morris-Natschke S.L., Lee K.-H. Plant-derived triterpenoids and analogues as antitumor and anti-HIV agents // Nat. Prod. Rep. - 2009. - V. 26. - P. 1321-1344], поэтому важным является получение бетулина с содержанием >90%.

Соли субериновых кислот получают гидролитической щелочной обработкой трудноэкстрагируемого полиэфира суберина (содержание суберина в бересте от 20 до 30% мас.) [R. Ekman, Holzforschung, 1983, 37, 205]. Субериновые кислоты представляют интерес для производства средств защиты растений [P. Schweizer, G. Felix, A. Buchala, C. Muellerand J.-P. Metraux, Plant J., 1996, 10, p. 331-341], разработки средств защиты кожи [S. Hamanaka, M. Hara, H. Nishio, F. Otsuka, A. Suzuki, Y. Uchida, J. Invest. Dermatol., 2002, 119, pp. 416-423], для производства пленкообразующих средств [Е.Г. Судакова, Б.Н. Кузнецов, И.П. Ивановский, Н.М. Иванченко, Хим. Раст. Сырья, 2004, 1, с. 31-34].

Бетулин и суберин являются главными компонентами бересты, поэтому комплексная переработка сырья с выделением бетулина и субериновых кислот является актуальной.

Известен способ Пат РФ №2460741, по которому бересту для извлечения бетулина экстрагируют метил-третбутиловым эфиром, субериновые кислоты получают в результате водно-щелочной обработки бересты после извлечения бетулина с одновременной регенерацией экстрагента. Данный способ является наиболее близким аналогом - прототипом настоящего изобретения. Недостатками способа-прототипа являются большое количество стадий экстракции и недостаточно высокий выход бетулина из сырья.

Задачей настоящего изобретения является создание более эффективного и производительного, экологически безопасного способа комплексной переработки березовой коры с получением бетулина, а также субериновых кислот.

Поставленная задача решается способом, по которому бересту для извлечения бетулина экстрагируют насыщенным раствором воды в этилацетате (~3.5% Н₂О), после чего проводят гидродистилляцию экстрагента в виде водного азеотропа EtOAc со слоя сырья, а получение раствора солей субериновых кислот (из которого выделяют субериновые кислоты) осуществляется после отгонки азеотропа EtOAc с отработанной бересты в результате горячей водно-щелочной обработки. Концентрированием органического экстракта с последующей отмывкой примесей кислот и фенолов получают чистый бетулин. Субериновые кислоты получают подкислением водно-щелочного экстракта. При использовании водосодержащего этилацетата в качестве экстрагента достигаются более высокие выходы бетулина, что позволяет сократить количество стадий экстракции до 2 (по способу-прототипу - 3 стадии).

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Экстракцию бетулина осуществляют кипячением с водным этилацетатом.

Бересту экстрагируют 2 раза смесью EtOAc-Н₂О (насыщенный раствор воды в этилацетате ~3.5% Н₂О), при температуре 71-77°С. Экстракт направляют в аппарат-концентратор для выделения и очистки бетулина.

В экстрактор добавляют воду и отгоняют азеотроп EtOAc-Н₂О (~8.1%) с отработанного сырья. Из отгона отделяют органический слой, содержащий ~3.5% Н₂О в EtOAc, и используют в следующих циклах экстракции, водный слой, содержащий ~8.7% EtOAc, используют в следующих циклах гидродистилляции. В экстрактор добавляют водный раствор неорганического основания и гидролизуют суберин бересты. Водный раствор солей сливают, фильтруют и подкисляют с получением субериновых кислот.

Бетулин получают концентрированием мисцеллы при атмосферном давлении с добавкой 10% воды, после отгона азеотропа EtOAc-H₂O остаток подвергают обработке горячим водным раствором щелочи, при этом отделяют водный раствор солей, получаемых из примесных кислот и сложных эфиров.

Азеотроп этилацетат-вода отгоняют гидродистилляцией от экстрагированного сырья, разделяют на органическую и водную фазу. Полученную органическую фазу - (насыщенный раствор воды в этилацетате ~3.5% Н₂О) используют в следующем цикле экстракции, водную фазу (насыщенный раствор этилацетата в воде ~8.7% EtOAc) используют в следующем цикле гидродистилляции с экстрагированной коры.

Концентрирование и очистку бетулина осуществляют отгонкой экстрагента с гидродистилляцией остаточного EtOAc. По окончании отгонки азеотропа органический экстракт обрабатывают водным раствором неорганического основания, при этом примеси кислот и сложных эфиров переводят в водорастворимые соли и отделяют водный раствор солей от бетулина фильтрацией.

Преимуществами заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом является:

- Использование «зеленого экстрагента» этилацетата вместо метилтретбутилового эфира;

- Повышение эффективности технологического процесса (сокращение количества циклов экстракции (2 вместо 3 по способу-прототипу), уменьшение продолжительности процесса и общего количества экстрагента в цикле);

- Увеличение выхода экстрактивных веществ и увеличение выхода бетулина с 24 до 27%.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Экстракция бересты МТБЭ в условиях способа-прототипа (Пат РФ №2460741)

Воздушно-сухую измельченную бересту (300 г) заливают 3.0 л метил-третбутилового эфира (МТБЭ) и нагревают до температуры кипения экстрагента ~55°С. Экстракт выдерживают при температуре 50-55°С в течение 4 час, после чего экстракт (2.1 л) сливают и фильтруют. Операцию экстракции проводят всего 3 раза, при добавлении метил-третбутилового эфира (2.1 л) и выдерживании 4 час при температуре 50-55°С. Вторая и третья порция экстрактов имеют объем ~2.1 л. При нескольких последовательных загрузках бересты третий экстракт используют для залива на свежую бересту.

Из суммарного экстракта отгоняют ~6 л МТБЭ, добавляют к остатку водный раствор NaOH (1%, 400 мл) и, нагревая, отгоняют с гидродистилляцией еще 300-350 мл МТБЭ. Горячий водный раствор сливают из колбы, добавляют воду 0.5 л, нагревают 1 час, водный слой сливают. Твердый влажный экстракт выгружают из аппарата и сушат на воздухе. После сушки получают 84 г бетулинсодержащего экстракта (выход 24%, содержание бетулина 93%, содержание лупеола 5.1%).

Пример 2. Экстракция смесью этилацетат-вода и очистка бетулина

Воздушно-сухую измельченную бересту (300 г) заливают 3 л смеси EtOAc-H₂O (3.5% Н₂О) и кипятят в течение 1 час с обратным холодильником. Настой (2.4 л) сливают через фильтр и отправляют на концентрирование экстракта. Операцию экстракции проводят 2 раза, при добавлении смеси этилацетат-вода (2.4 л, ~3.5% Н₂О) и выдерживании 1 час при температуре кипения ~71-77°С. Второй настой имеет объем ~2.4 л. При нескольких последовательных загрузках бересты второй настой загружают на свежую бересту.

Суммарный экстракт концентрируют отгонкой растворителя в колбе при атмосферном давлении, собирают ~70-80% растворителя (отогнанный растворитель используют в следующем цикле экстракции), добавляют к остатку воду (0.5 л), отгоняют остаточный этилацетат в виде азеотропа, добавляют раствор NaOH (1%, 1 л) и кипятят еще 0.5 час. Смесь воды и бетулина выгружают из колбы, осадок отделяют на фильтре, промывают водой и сушат в сушильном шкафу при 50-80°С. Бетулин сушат от влаги на воздухе, при этом не требуется применения специальных условий.

Твердый влажный экстракт выгружают из колбы и сушат на воздухе. После сушки получают 94 г бетулинсодержащего экстракта (выход 27%, содержание бетулина 93%, содержание лупеола 4.9%).

Пример 3. Регенерация EtOAc с отработанной бересты, получение субериновых кислот

В колбу с берестой после слива второго настоя EtOAc-Н₂О заливают 2.5 л воды и нагревают содержимое колбы до 75-90°С, при этом происходит отгонка азеотропа EtOAc с водяным паром. Отгоны конденсируют в холодильнике-конденсаторе и собирают в приемнике 90-100 мл EtOAc содержащего 3.5% Н₂О, а также водный слой (15-25 мл), содержащий 8.7% EtOAc. Водный слой используют в следующем цикле гидродистилляции, прибавляя его в смеси с свежей водой. Суммарные потери EtOAc ~2%, без гидродистилляции потери экстрагента на сырье и экстракте около 14-25% от общего количества экстрагента.

По окончании отгона в EtOAc загружают 150 мл 50% раствора NaOH и нагревают до 90-105°С в течение 3 час.

Горячий водный экстракт сливают с остатка (1.5-2.0 л) и фильтруют нерастворимые примеси. Фильтрат подкисляют 30% серной кислотой до pH~2, отделяют фильтрованием осадок, промывают водой и после сушки получают 75-85 г субериновых кислот (выход 22-24%).