Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Микроволновой синтез биологически активных соединений и фармацевтических субстанций. Учебное пособие
.pdf
Изображение
Наименование детали
Втулка
Выпускной шланг,
диаметр 60 мм
Изображение
Наименование детали
Карусель для реакционных
сосудов 24x30
Реакционный сосуд G30 с
широким горлом
Защелкивающая крышка
в сборе для сосудов с широким
горлом
Перегородка из ПТФЭ для
сосудов
с
широким горлом
Овальный магнитный якорь
Комплектующие для микроволновых реакторов Monowave 450
Окончание табл. 2
Таблица 3
31
Продолжение табл. 3
Изображение
Наименование детали
Емкость для сбора утечек
Глухой штифт
Переходное кольцо
Ключ крышки поршня
Фильтрующий диск
Порт ИК-датчика
32
Окончание табл. 3
Изображение
Наименование детали
Регулятор давления
Втулка
Выпускной шланг,
диаметр 60 мм
2.4 Наиболее перспективные и быстроразвивающиеся
области применения микроволнового облучения
По прогнозам аналитиков в ближайшее время подавляющую
долю рынка микроволновой химии будут занимать разработки
новых методов синтеза практически-полезных веществ
(особенно лекарственных соединений) и разработка
специализированного оборудования. Гораздо меньший объем
рынка по общему объему финансирования и количеству
печатных работ займут разработки в некоторых уникальных,
направлениях.
К одним из них, безусловно, относится органический синтез
в газовой фазе. Микроволновое облучение смеси газов, как
33
правило, не способно инициировать химические реакции, но
найденные научные и инженерные решения позволяют
проводить каталитические газофазные процессы. Объем
публикаций в этой области исчисляется десятками, но
наблюдается тенденция к их быстрому росту. К классическим
процессам относится синтез арилкарбоновых кислот
карбонилированием в условиях микроволнового облучения
арилгалогенов [7].
Потребности в разработке методов и способов глубокой
переработки нефти, обуславливают изучение способов
применения микроволнового нагрева на стадиях крекинга,
риформинга и прочих специфических процедур. Низкая
электромагнитная восприимчивость нефти обусловливает
необходимость разработки специфических методов ее
переработки. Интерес к переработке нефти с использованием
наработанных микроволновых технологий обусловлен высоким
коммерческим потенциалом и заинтересованностью крупных
корпораций в проведении данных работ [8].
Не меньший интерес вызывает возможность применения
микроволнового излучения в ускорении ферментативных
реакций. Во избежание инактивации ферментов, эти процессы
проводят в условиях контроля температуры. Так, например,
ферментативный синтез хемотрипсина ускоряется под
действием микроволнового облучения в 2,1-4,7 раз. В работах
[9-11] изложены и другие примеры использования
микроволнового облучения в биокатализе.
Относительно мало исследованным остается синтез
полимеров в условиях микроволнового облучения. Однако
число публикаций в этой области ежегодно возрастает.
Промышленная востребованность данных исследований
стимулирует их быстрое развитие.
Как уже отмечалось ранее, активное развитие получили
исследования в области микроволновой фотохимии. Под этим
направлением следует понимать не инициирование химических
реакций под действием микроволнового излучение, а
34
ускоряющее влияние микроволнового излучения на
фотохимические реакции, инициируемые ультрафиолетовым
или видимым светом.
Весьма интересными являются исследования по разработке
новых сред для проведения органических синтезов. Особо
перспективной и быстро развивающейся областью является
разработка новых ионных жидкостей, которые могут
использоваться как среда для проведения реакции, экстрагент,
катализатор. При этом регенерируемость и пожаробезопасность
указанных растворителей близки к 100% [12].
Как было отмечено выше, эффективность воздействия на
реакционный процесс зависит от способа проведения реакции.
Недавно были разработаны приемы проведения химической
реакции на подложке из графита. Особенности взаимодействия
микроволнового излучения с графитом позволили провести с
высокими выходами те реакции, которые плохо проходили в
условиях микроволнового облучения. Поэтому одним из
современных направлений развития органического синтеза в
условиях микроволнового облучения является разработка
высокоэффективных подложек для проведения тех или иных
химических реакций. В настоящее время основная задача в этой
области заключается не просто в разработке подложки для
проведения реакции, а подложки для селективного проведения
реакции [13].
Быстрый рост исследований в области нанотехнологий не
мог не затронуть синтез в условиях микроволнового облучения
как средство быстрого проведения ряда химических процессов.
Применение микроволнового излучения позволяет получать
материалы, строение поверхности которых обладает
уникальными свойствами. Наиболее разработанными областями
являются: получение наноразмерных неорганических веществ.
Селективность действия микроволнового излучения
используется для синтеза органических наноматериалов [14].
35
3. Микроволновая экстракция биологически активных
соединений
3.1 Бетулин
(Бетулинол, луп-20(29)-ен-3β,28-диол)
Брутто-формула: С30Н50О2
Молекулярная масса: 442,73 г/моль
Сведения о веществе
Бетулин представляет собой бесцветные кристаллы,
не растворимые в воде, сравнительно хорошо растворимые
в кипящем этаноле, хлороформе и бензоле. Бетулин был открыт
Т.Е. Ловицем в березовой воде и березовом дегте. В природе
содержится в коре березы. Содержание бетулина в коре
варьируется от 10 до 40% и зависит от вида березы, места
произрастания, сезона сбора коры.
Бетулин обладает широким спектром биологической
активности. Доказано наличие антиоксидантного,
36
противовоспалительного, антисептического и гепато-
Березовая кора
100 г
Гидроксид натрия, 20% водный раствор
100 мл
Бутиловый спирт
250 мл
Изопропиловый спирт
300 мл
Бензол
5 мл
Хлористый метилен
5 мл
Этиловый спирт
1 мл
Фосфорно-молибденовая кислота, 10% раствор
10 г
протекторного действия. Бетулин и его производные широко
применяют в косметической промышленности. Бетулин
используют в качестве биологически активной добавки, а также
в качестве синтона для последующего получения соединений с
ценными фармакологическими свойствами.
Бетулин выделяют из коры березы различными методами,
например, экстракцией органическими растворителями или
щелочным гидролизом. Одним из наиболее эффективных
методов оптимизации способов выделения бетулина,
позволяющим уменьшить затраты времени и энергии, является
микроволновой метод.
Выделенный из коры бетулин-сырец очищают путем
перекристаллизации из различных растворителей
(изопропиловый спирт, бензол и пр.).
Методика выделения бетулина из бересты березы
методом щелочного гидролиза [15]
Реактивы:
Экстракцию проводят в микроволновой установке (Рис. 4),
внутри которой установлена экстракционная колба объемом
500 мл, оснащенная обратным холодильником.
37
Рис. 4 – Микроволновая установка с экстракционной колбой и обратным
холодильником
В круглодонную колбу объемом 500 мл помещают
около 100 г бересты, добавляют 100 мл 20% раствора
гидроксида натрия и 250 мл бутилового спирта. Реакционную
смесь помещают в микроволновую установку, снабженную
обратным холодильником. Время воздействия микроволнового
облучения 12 минут. После экстракции горячую реакционную
массу быстро фильтруют от остатков негидролизованной
бересты на воронке Бюхнера. Бетулин–сырец из водноспиртовой смеси выпадает в осадок, который отделяют
фильтрованием и сушат до постоянной массы при 60оС.
Продукт очищают путем двукратной перекристаллизации
из изопропилового спирта.
Полученный продукт идентифицируют с помощью
тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Silufol
с использованием элюирующей системы: бензол:хлористый
метилен:этиловый спирт = 5:5:1. Детектирование пятен
осуществляют с помощью обработки пластины 10% раствором
фосфорномолибденовой кислоты с последующим нагреванием
пластины в течение 3–4 минут. Выход бетулина в пересчете на
воздушно-сухое сырье составляет 10%.
38
Методика выделения бетулина из бересты березы
Березовая кора (береста)
0,5 г
Монотерпен (лимонен, пинен или скипидарное масло)
10 мл
Этиловый спирт
200 мл
методом экстракции монотерпенами [16]
Реактивы:
Бересту измельчают до размера частиц около 0,5 мм.
Экстракцию проводят в мономодовой микроволновой печи –
реакторе Discover-S Class (CEM Corp., США) с регулируемой
мощностью микроволнового излучения до 300 Вт,
возможностью контроля температуры, давления, динамики
изменения мощности микроволн и возможностью
перемешивания реакционной смеси. В реакционную емкость
загружают 0,5 г бересты и 10 мл монотерпена. Микроволновую
экстракцию проводят в течение 30 мин при изотермических
условиях (150 °C). Сразу после экстракции кора отделяют
фильтрацией. Остаток упаривают досуха при пониженном
давлении и сушат до постоянной массы при 50 °C. Полученный
бетулин очищают перекристаллизацией из этилового спирта.
Спектральные характеристики:
ИК-спектр, ν, см-1: 3433 (ОН), 2920 и 2851 (С–Н),
1639 (С=С), 1466 (СН2), 1111 (С–О).
ЯМР спектр (400 МГц, 100 МГц, CDCl3) описан в таблице 4.
Вопросы:
1. Какими видами биологической активности обладает
бетулин?
2. Назовите наиболее реакционноспособные группы в
молекуле бетулина. Приведите примеры реакций.
3. Какие еще растворители могут быть использованы для
выделения бетулина из коры березы?
39
Таблица 4
Положение
1
Н-ЯМР, δ, м.д.
13
C-ЯМР, δ, м.д.
1
1.67, 0.88(m)
38.9(t)
2
1.62(ddd)
7.1(t) 3 3.13(tt)
78.9(d) 4 —
38.9(s)
5
0.69(m)
54.6 (d)
6
1.48, 1.32(dd)
19.6(t)
7
1.38(m)
35.2(t) 8 —
40.3(s)
9
1.29(t)
52.0(d)
10 — 38.2 (s)
11
1.40, 1.19(dd)
19.6(t)
12
1.62, 1.07(dd)
26.9(t)
13
1.62
36.6(d)
14 — 42.5(s)
15
1.71, 1.09(dd)
27.0(t)
16
1.91, 1.24(tt)
29.6(t)
17 — 48.1(s)
18
1.62(m)
47.7(d)
19
2.30(dt)
47.6 (d)
20 — 157.4(s)
21
1.95, 1.40(m)
30.0(t)
22
1.86, 1.12(m)
34.0(t)
23
0.96 (s)
28.7(q)
24
0.76(s)
15.5(q)
25
0.81(s)
17.0(q)
26
1.07(s)
17.0(q)
27
0.98(s)
14.8 (q)
28
3.25, 3.27(dd)
60.3 (t)
29
5.53,5.56(dd)
109.6 (t)
30
1.68 (s)
19.1 (q)
Химические сдвиги сигналов на ЯМР-спектрах бетулина
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]