СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕТУЛИНА Российский патент 2023 года по МПК C07J53/00 C07J63/00 B01D11/04 

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения ациклических соединений, содержащих одну двойную связь и две гидроксильные группы: первичную и вторичную, обе связаны с алкильными фрагментами, а именно к способу получения из бересты тритерпеновых соединений, которые используются в химикофармацевтической, пищевой и косметической промышленностях.

Бетулин - биологически активное вещество, обеспечивающее березе защиту от внешних факторов, в том числе от различных паразитов. Активно используется в медицине, фармакологии и косметологии. Бетулин - основной компонент экстракта бересты.

Известен способ получения бетулина из наружного слоя коры березы (патент RU 2184120, МПК C07J 53/00 (2000.01), C07J 63/00 (2000.01), 2002), основанный на извлечении бетулина экстракцией измельченной коры березы смесью растворителей, содержащей тетролейный эфир с температурой 70-100°С добавлением толуола от 30 до 75% от общего объема экстрагента, после чего бетулин кристаллизуют. Выход экстракта составляет от 16 до 25% от абсолютно сухого вещества, а содержание бетулина от 90 до 95%.

Недостатком вышеописанного способа является недостаточный выход бетулина (от 16 до 25%) и его невысокое качество (содержание бетулина ниже 95%)

Известен способ получения бетулина из березовой коры (патент RU2192879, МПК А61К 35/78 (2000.01), С08Н 5/04 (2000.01), опубл. 2002), включающий измельчение коры, разделение ее на бересту и луб, экстракцию бересты, отделение раствора с последующим удалением из него растворителя, в котором экстракцию бересты осуществляют толуолом, при этом измельченную бересту перемешивают с толуолом в течение 1,5÷3,0 ч при температуре 90÷110°С, фильтруют раствор при температуре 40÷50°С, раствор бетулина в толуоле охлаждают в течение 6÷10 ч до температуры 15÷5°С, затем выпавшие кристаллы бетулина перемешивают с маточным раствором, фильтруют, промывают чистым толуолом, фильтруют и сушат, промывают спиртом этиловым или изопропиловым, затем водой и сушат.

Недостаток способа заключается в недостаточном качестве бетулина (97% чистота).

Известен способ получения бетулина в замкнутом экстракционном технологическом комплексе (патент RU 2306318, МПК C07J 53/00 (2006.01), C07J 63/00 (2006.01), С08Н 5/04 (2006.01), опубл. 2007), включающий измельчение бересты, экстракцию растворителем в экстракторе проточного типа при температуре кипения растворителя с непрерывным отбором экстракта в куб-испаритель, в кубе-испарителе доводят концентрацию бетулина до концентрации, примерно в два раза превышающей концентрацию насыщенного раствора экстракта при температуре кипения растворителя, после чего экстракт охлаждают и фильтрацией отделяют бетулин, регенерацию растворителя из экстрактора и куба-испарителя ведут в поверхностном рекуперативном теплообменнике (конденсаторе), путем конденсации паров растворителя и возврат конденсата в рецикл, в качестве растворителя используют толуол.

Недостатком способа является недостаточный выход бетулина (25,4%) и его низкая чистота (80-85%).

Наиболее близким по технической сущности является способ получения бетулина в замкнутом экстракционном технологическом комплексе (патент RU 2683634 С1, МПК C07J 53/00, C07J 63/00, B01D 11/04, опубл. 2019), включающий измельчение бересты, экстракцию растворителем несмешивающимся с водой толуолом, в экстракторе проточного типа при температуре кипения растворителя с отбором экстракта в куб-испаритель, регенерацию растворителя из экстрактора и куба-испарителя в рекуперативный теплообменник, его конденсацию и возврат конденсата в рецикл, в котором экстракцию ведут при непрерывном противоточном движении бересты и растворителя, при достижении давления в экстракторе 120-130 кПа производят сброс давления до атмосферного и отбор экстракта в выдувной резервуар, в котором ведут испарение растворителя. Из выдувного резервуара экстракт непрерывно направляют в куб-испаритель, оттуда пересыщенный экстракт направляют в вакуумную сушилку, из которой отбирают кристаллизованный бетулин. А растворитель сливают в первый конденсатор смешения, откуда его направляют в буферную емкость и после последовательного нагревания в компрессорной холодильной установке, а затем в первом и втором рекуперативных теплообменниках растворитель возвращают в экстрактор.

Недостаток способа заключается в сложности организации производства, что обусловлено непрерывным процессом. Непрерывный процесс экстракции целесообразен только при больших производительностях. Поскольку источником сырья являются отходы деревообрабатывающих предприятий, расположенных друг от друга на больших расстояниях, то требуется более простое аппаратурное оформление, востребованное малыми предприятиями или отдельными участками производства на крупных предприятиях. Кроме того, при извлечении бетулина по известному решению требуется экстрагент высокой степени очистки или дополнительная стадия очистки готового продукта от загрязнений в экстрагенте.

Задача изобретения - создать более надежную технологию извлечения бетулина высокого качества без дополнительной очистки с более простым аппаратурным оформлением.

Поставленная задача решается способом получения бетулина в замкнутом экстрационном технологическом комплексе, включающим измельчение бересты, экстракцию растворителем, несмешивающимся с водой, (толуолом) в экстракторе проточного типа при температуре кипения растворителя с отбором экстракта в куб-испаритель, регенерацию растворителя из экстрактора и куба-испарителя в рекуператиный теплообменник, его конденсацию и возврат конденсата в рецикл, сушку и отбор кристаллического бетулина, в котором согласно изобретению измельчение ведут до размеров 1-3 мм, экстракцию растворителем проводят при массовом соотношении растворитель-береста, равном 8:1, в три стадии: на первой стадии ведут пропитку в течение 15-20 минут, на второй стадии экстракцию ведут равномерной подачей свежего экстракта в течение 60-80 минут, на третьей стадии экстракцию ведут без подачи свежего экстракта в течение 10-15 минут, регенерацию растворителя из экстракта в кубе-испарителе осуществляют испарением растворителя в кипящей воде, регенерацию растворителя из экстрактора в рекуперативный теплообменник ведут десорбцией проэкстрагированной бересты острым водяным паром, конденсат паров сепарируют от воды во флорентине, сепарированную воду возвращают в куб-испаритель, регенерацию растворителя прекращают при сохранении температуры в паровой зоне куба испарителя 100°С в течение 3-5 минут, отбор кристаллического бетулина ведут из куба-испарителя перед сушкой после его промывки дистиллированной водой.

Решение технической задачи позволяет получать бетулин высокого качества по упрощенной технологии с минимальными энергозатратами.

Замкнутый экстракционный технологический комплекс (см. фиг.1) содержит: экстрактор 1, оснащенный рубашкой 2 с охлаждаемой крышкой 3 экстрактора 1; куб-испаритель 4 с вентилем 5 подачи пара, датчик 6 температуры, коллектором 7, рубашкой 8 и ложным дном 9; конденсатор 10; флорентину 11 со смотровым стеклом; буферную емкость 12; сборник 13 конденсата; насос 14; вентили 15, 16, 17, 18.

Принцип работы заключается в следующем.

Предварительно измельченную до размеров 1-3 мм бересту загружают в экстрактор 1, закрывают крышкой 3. При размере частиц менее 1 мм ухудшается гидродинамика процесса вследствие увеличения гидравлического сопротивления слоя, что ведет к неравномерности процесса экстрагирования и увеличению длительности процесса. При размере частиц более 3 мм заметно увеличивается время пропитки и экстракции. Затем в экстрактор 1 заливают 9/10 объема толуола открытием вентиля 15 и подают пар в рубашку 2. Этим запускается первая стадия процесса экстракции, при которой происходит пропитка бересты толуолом, которая продолжается в течение 15-20 минут при температуре кипения толуола 110°С. При пропитке менее 15 минут ухудшается выход бетулина. При увеличении времени пропитки более 20 минут увеличивается общая длительность процесса и повышаются затраты энергии.

Далее снова открывают вентиль 15 и сливают остатки (1/10 от объема) толуола, которые вытесняют экстракт с верхнего патрубка экстрактора 1 в куб-испаритель 4 с кипящей водой. В кубе-испарителе проходит совместное испарение воды и толуола из экстрактора 1 и выделение кристаллов бетулина. Вследствие взаимной нерастворимости воды и толуола температура кипения снижается до 90°С. Пары толуола вместе с парами воды отводятся в конденсатор 10, образующийся конденсат стекает во флорентину 11. Хладагент конденсатора 10 поступает на охлаждаемую крышку 3 экстрактора 1, выполняющую роль обратного холодильника. Это предотвращает развитие избыточного давления в экстракторе 1. Во флорентине 11 конденсат сепарируется на толуол и воду. Толуол через буферную емкость 12 непрерывно поступает в экстрактор 1, а вода - в куб-испаритель 4. Через 60-80 минут, когда обеспечивается массовое соотношение растворителя и бетулина 8:1 перекрывают вентиль 15 и ведут третью завершающую стадию экстракции в течение 10-15 минут. При длительности завершающей стадии экстракции менее 10 минут уменьшается выход бетулина, при времени более 15 минут увеличивается общая продолжительность процесса извлечения бетулина.

Затем открывается вентиль 17 и экстракт сливается в куб-испаритель 4. После завершения слива экстракта закрывается вентиль 17 и открывается вентиль 16 и подается острый пар для извлечения остатков экстракта из рафинированной бересты. С уменьшением содержания толуола в кубе-испарителе 4 температура в нем поднимается с 90°С до 100°С и начинается первая стадия промывки бетулина кипящей водой в течение 3-5 минут. При достижении в кубе-испарителе температуры 100°С прекращается подача острого пара в экстрактор 1 перекрытием вентиля 16. При сохранении температуры 100°С в течение 3-5 минут автоматически прекращается, подача пара в рубашку 8 куба-испарителя 4 и первая стадия промывки завершается. При промывке менее 3 минут ухудшается чистота готового продукта, при промывке более 5 минут увеличиваются энергозатраты.

Затем из куба-испарителя 4 сливается вода, бетулин при этом остается на фильтрующей перегородке 9 и далее начинается вторая стадия промывки бетулина орошением дистиллированной водой-конденсатом, подаваемым насосом 14 из сборника 13 для сбора конденсата через коллектор 7. Промытый бетулин отбирается с помощью фильтрующей перегородки куба-испарителя и поступает на сушку.

Пример 1

Измельченную бересту с размером частиц 1 мм массой 1000 г помещают в экстрактор, заливают толуолом массой 4000 г, нагретым до 110°С и экстрагируют в течение 20 мин. Затем равномерно в течение 40 минут, предварительно нагретым до 110°С свежим экстрагентом массой 4000 г вытесняют экстракт в куб-испаритель с кипящей водой. Образующаяся смесь паров толуола и воды с температурой 90°С поступает в рекуперативный теплообменник, где пары конденсируются и конденсат стекает во флорентину. Во флорентине происходит сепарация толуола от воды. Толуол из флорентины поступает в сборник толуола, а вода поступает обратно в куб испаритель. В кубе испарителе на поверхности воды собирается бетулин. По завершении процесса экстракции рафинированную бересту обрабатывают острым паром, удаляя остатки экстракта из бересты. В кубе-испарителе по мере выпаривания толуола температура начинает подниматься с 90°С до 100°С. При температуре 100°С бетулин обрабатывается в течение 3 минут. В этот период из куба-испарителя удаляются остатки толуола, а бетулин промывают кипящей водой. Затем содержимое куба-испарителя фильтруют. Сепарированный бетулин повторно промывают горячим конденсатом и отправляют на сушку.

Примеры 2-3 аналогичны примеру 1.

В таблице приведены примеры с различными режимами процесса извлечения бетулина.

Извлеченный из бересты бетулин имеет белый цвет (в прототипе имел светло-желтый цвет).

Анализ степени чистоты полученного бетулина, проведенный с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Наноматериалы и нанотехнологии» Казанского национального исследовательского технологического университета показал высокую степень очистки бетулина более 99%. Выход бетулина при этом составил 47% от массы сухой бересты, не ниже чем в прототипе.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить бетулин высокой степени чистоты и большим выходом при уменьшенных капитальных и экстракционных затрат. Это способствует широкому внедрению технологии извлечения бетулина малыми предприятиями за счет небольших инвестиций.

Изобретение относится к способу получения из бересты бетулина, который используется в медицине, фармакологии и косметологии. Технический результат: разработан новый способ получения бетулина высокого качества без дополнительной очистки с более простым аппаратурным оформлением. Способ заключается в получении бетулина в замкнутом экстрационном технологическом комплексе, включающем измельчение бересты, экстракцию толуолом в экстракторе проточного типа при температуре кипения толуола с отбором экстракта в куб-испаритель, регенерацию толуола из экстрактора и куба-испарителя в рекуперативный теплообменник, его конденсацию и возврат конденсата в рецикл, сушку и отбор кристаллического бетулина, причем измельчение ведут до размеров 1-3 мм, экстракцию толуолом проводят при массовом соотношении толуол-береста, равном 8:1, в три стадии: на первой стадии ведут пропитку в течение 15-20 минут, на второй стадии экстракцию ведут равномерной подачей свежего экстракта в течение 60-80 минут, на третьей стадии экстракцию ведут без подачи свежего экстракта в течение 10-15 минут, регенерацию толуола из экстракта в кубе-испарителе осуществляют испарением толуола в кипящей воде, регенерацию толуола из экстрактора в рекуперативный теплообменник ведут десорбцией проэкстрагированной бересты острым водяным паром, конденсат паров сепарируют от воды во флорентине, сепарированную воду возвращают в куб-испаритель, регенерацию толоуола прекращают при сохранении температуры в паровой зоне куба испарителя 100°С в течение 3-5 минут, отбор кристаллического бетулина ведут из куба-испарителя перед сушкой после его промывки дистиллированной водой. Изобретение обеспечивает получение бетулина чистотой до 99% и выходом 47% от массы сухой бересты с минимальными капитальными затратами. 1 ил., 1 табл., 1 пр.

Способ получения бетулина в замкнутом экстрационном технологическом комплексе, включающий измельчение бересты, экстракцию толуолом в экстракторе проточного типа при температуре кипения толуола с отбором экстракта в куб-испаритель, регенерацию толуола из экстрактора и куба-испарителя в рекуперативный теплообменник, его конденсацию и возврат конденсата в рецикл, сушку и отбор кристаллического бетулина, отличающийся тем, что измельчение ведут до размеров 1-3 мм, экстракцию толуолом проводят при массовом соотношении толуол-береста, равном 8:1, в три стадии: на первой стадии ведут пропитку в течение 15-20 минут, на второй стадии экстракцию ведут равномерной подачей свежего экстракта в течение 60-80 минут, на третьей стадии экстракцию ведут без подачи свежего экстракта в течение 10-15 минут, регенерацию толуола из экстракта в кубе-испарителе осуществляют испарением толуола в кипящей воде, регенерацию толуола из экстрактора в рекуперативный теплообменник ведут десорбцией проэкстрагированной бересты острым водяным паром, конденсат паров сепарируют от воды во флорентине, сепарированную воду возвращают в куб-испаритель, регенерацию толоуола прекращают при сохранении температуры в паровой зоне куба испарителя 100°C в течение 3-5 минут, отбор кристаллического бетулина ведут из куба-испарителя перед сушкой после его промывки дистиллированной водой.