Получение экстрактивных веществ березы

АННОТАЦИЯ

Очень многие вещества, встречающиеся в составе растений, способны проявлять биологическую активность. К таким биологически активным веществам также относятся бетулин и лупеол, встречающиеся в составе коры березы. В связи с этим получение бетулина и лупеола из бересты является актуальным. Целью данной работы является получение бетулина и лупеола при использовании различных органических растворителей.

ABSTRACT

Very many substances occur in the composition of plants capable of manifesting a biological activity. These biologically active substances also relates betulin and lupeol, occurring in part of the birch bark. In this connection, the production of betulin and lupeol from birch bark is relevant. The aim of this work is to obtain betulin and lupeol using various organic solvents.

Ключевые слова: бетулин, лупеол, бетулиновая кислота, экстракция, тритерпеноид, лупан, ТСХ, колоночная хроматография, спектроскопия.

Keywords: betulin, lupeol, betulinic acid, extraction, triterpenoid, lupan, TLC, column chromatography, spectroscopy.

Высокая и разнообразная биологическая активность (такая как противовоспалительная, противоопухолевая, противомалярийная противовирусная и т.д.) тритерпеноидов ряда лупана (лупеол, бетулин, бетулиновая кислота и др.) вызывает большой интерес химиков к синтетическим превращениям функциональных групп с целью получения новых модифицированных аналогов с комплексом лечебно-ценных свойств. Лекарственные препараты на основе растительного сырья по сравнению с синтетическими аналогами имеют ряд преимуществ [7; 2; 9].

Тритерпеноиды, широко распространенные в составе различных растений, обладают ценной биологической активностью. Проведенные за последние два десятилетия исследовательские работы дают основание возлагать надежды на введение в лечение ряда заболеваний препаратов на основе тритерпеноидов серии лупана. Тритерпеноиды серии лупанов включают лупеол, бетулин и их производные [11; 12; 14].

Рисунок 1. Структурная формула бетулина

Основным источником лупеола и бетулина в природе является береста. Впервые лупеол и бетулин были получены с помощью нагревании коры в 1788 году Ловицом. Название «бетулин» впервые было применено Мейсоном в 1831 году. Позже бетулин был выделен экстракцией. Береста имеет две четко различимые части – внешнюю и внутренную. Наружная часть коры наиболее богата экстрактивными веществами: их содержание достигает 40 %. Основным компонентом почти всех экстрактов коры является бетулин [8; 3; 5].

Кора березы содержит разнообразные экстрактивные вещества, обладающие биологической активностью и представляющие потенциальный интерес для получения новых продуктов и фармакологических препаратов [1; 4]. В экстрактах внешней коры различных видов берез преобладают пентациклические тритерпеноиды ряда лупана, основным компонентом которых является бетулин, обусловливающий белый цвет коры березы. Содержание бетулина и лупеола во внешней коре варьируется от 10 до 40 % в зависимости от вида березы, места и условий ее произрастания, возраста дерева и сезона [6; 10]. Зависимость бетулина от вида и сорта березы приведена в следующей таблице (таблица 1) [13].

Таблица 1.

Зависимость бетулина от типа березы

Материалы и методы

Для получения и идентификации экстрактивных веществ коры бересты использовали органические растворители – этанол, ацетон, гексан, хлороформ и метанол. Для идентификации продуктов экстракции применялся метод тонкослойной хроматографии (ТСХ), при этом использовались хроматографические пластинки марки Silufol. Система элюирования – хлороформ/ацетон/гексан в соотношении 2:1:1.

ИК-спектры продуктов экстракции снималась в приборе IRTracer-100-Фурье-спектрометре в области 4000–400 см^–1.

Результаты и обсуждение

Кору очищали от ненужных компонентов вручную, при этом использовали только верхнюю часть коры, которая содержит необходимые вещества для нашей работы. Верхняя часть коры составляет около 2–5 мм от верхнего слоя коры березы (приоритет отдавался тем местам коры, где был характерный белый цвет, который вызывали компоненты лупеол и бетулин). Также был использован метод отстаивания бересты в воде для облегчения очистки.

Вторым этапом нашей работы было измельчение бересты, кора измельчалась до определенного размера – от 2 до 4 мм.

Для изучения зависимости выхода экстрактивных веществ от полярности растворителя были использованы органические растворители – этанол, ацетон, гексан, хлороформ и метанол [12].

Таблица 2.

Некоторые физико-химические константы экстрактивных веществ

Rf

Системы:

1. Хлороформ : ацетон (2 : 1).

2. хлороформ : ацетон : гексан (2 : 1 : 1).

3. хлороформ : метанол (1 : 20).

По данным проведенного эксперимента, представленным в таблице 2, можно определить рациональность использования того или иного растворителя для получения экстрактов из бересты. При использовании этанола и ацетона в качестве растворителей достигается хороший выход экстрактивных веществ, но выход такого огромного количества по-прежнему не дает оснований полагать, что именно в этих экстрактах может быть обнаружен лупеол. При это было выявлено, что основную часть экстрактивных веществ составляет бетулин. По данным ТСХ было обнаружено, что наибольшее количество лупеола извлекается при использовании метанола.

После разработки методов извлечения экстрактивных веществ из бересты с использованием различных растворителей мы индивидуально провели разделение и экстракцию экстрактивных веществ с помощью колоночной хроматографии. Для этой цели использовали колонку высотой 70 см и диаметром 2,5 см. В качестве сорбента использовали силикагель с размером гранул 100/50.

Таблица 3.

Экстрактивные вещества с использованием колоночной хроматографии

Для идентификации всех экстрактивных веществ коры бересты были сняты ИК-спектры.

Рисунок 2. ИК-спектр бетулина

В ИК-спектре как лупеола, так и бетулина проявляется частота поглощения в диапазоне 1230–1320 см^–1, соответствующая валентным колебаниям связи С-С, деформационные колебания гидроксильной группы проявляются при 1390 см^–1. Симметричные деформационные колебания метильных групп – при 1470 см^–1. Сигнал в области 1660 см^–1 соответствует валентным колебаниям связи C=C. Симметричные и асимметричные валентные колебания метиленовых групп проявляются в области 2310–3070 см^–1. Валентные колебания гидроксильных групп появляются в области 3200–3600 см^–1.

Полученные данные ИК-спектров полностью совпадают с литературными данными.

Эксперименты

Кору очищали от ненужных компонентов вручную, при этом использовали только верхнюю часть коры, которая содержит необходимые вещества для нашей работы. Измельчали кору бересты до размера 2–4 мм.

Для изучения зависимости выхода экстрактивных веществ от полярности растворителя были использованы органические растворители – этанол, ацетон, гексан, хлороформ и метанол.

Этанолная экстракция

Использовали 70 %-ный этиловый спирт. Для экстракции отмерили 20 г бересты, экстракцию проводили в течение 3 часов с использованием обратного холодильника. После этого полученную смесь этанолового экстракта отфильтровали и получили желтовато-серый осадок. После сушки этанолового экстракта сумма сухого экстракта составила 7,2 г. Температура плавления этой смеси составила 235–237 °С. ТСХ снимали с помощью пластин Silufol-254, R_f = 0,6 и 0,4. Система: хлороформ/ацетон: 2:1.

Ацетонная экстракция

Использовали безводный ацетон. Для экстракции отмерили 20 г бересты, экстракцию проводили в течение 3 часов с использованием обратного холодильника. После этого полученную смесь ацетонового экстракта отфильтровали и получили бело-желтый осадок. После сушки ацетонового экстракта количество сухого экстракта составило 5,4 г. Температура плавления этой смеси составила 240 °С. ТСХ снимали с помощью пластин Silufol-254, R_f = 0,75 и 0,35. Система: хлороформ/ацетон/гексан: 2:1:1.

Гексановая экстракция

Для экстракции использовали гексан. Было взято 20 г бересты, экстракцию проводили в течение 3 часов с использованием обратного холодильника. После этого полученную смесь экстракта гексана отфильтровали и получили бежевый осадок. После сушки гексанового экстракта сумма сухого экстракта составила 0,5 г. Температура плавления этой смеси составила 207–209 °С. ТСХ снимали с помощью пластин Silufol-254, R_f = 0,26, 0,42 и 0,7. Система: хлороформ/ацетон/гексан: 2:1:1.

Хлороформная экстракция

Для экстракции использовали хлороформ. Отмерили 20 г бересты, экстракцию проводили в течение 3 часов с использованием обратного холодильника. Полученный хлороформный экстракт отфильтровывали и получили осадок бежевой окраски. После сушки хлороформного экстракта количество сухого экстракта составило 4 г. Температура плавления этой смеси – 250 °С. ТСХ получили, используя пластинки Silufol-254, R_f = 0,23, 0,46 и 0,76. Система: хлороформ/ацетон/гексан: 2:1:1.

Метанольная экстракция

Использовали безводный метанол. Отмерив измельченную бересту массой 20 г, вместили в круглодонную колбу объемом 500 мл. В колбу налили метанол объемом 100 мл и оставили на 2 суток в темном месте. После 48 часов полученный метанольный экстракт отфильтровали и отогнали растворитель. При этом получили светло-бежевый порошок. После сушки метанольного экстракта количество сухого экстракта составила 0,85 г. Температура плавления составила 245 °С. ТСХ получили, используя пластинки Silufol-254, R_f = 0,22, 0,35, 0,42 и 0,79. Система: хлороформ/метанол: 1:20.

Колоночная хроматография

Для этого эксперимента использовали колонку высотой 70 см и диаметром 2,5 см. В качестве сорбента использовали силикагель с размером гранул 100/50. Силикагель сначала смешивали с хлороформом, после получения гомогенных взвесей колонку заполняли этим раствором. После приготовления этой колонки мы отдельно смешали полученный ранее экстракт в соотношениях 1:3 и добавили хлороформ. Получено 1–7 элюентов. Постепенно увеличивая количество метанола, изменяли полярность растворителя. Добавочно получили 8-27 элюенты.

Заключение

Как видно из полученных данных, при использовании в качестве растворителя этанола, метанола, ацетона, гексана, хлороформа наиболее подходящим растворителем для экстракции бетулина из Betula pendula, произрастающей в Узбекистане, является этанол. При использовании этанола сумма экстрактивных веществ составила 36 % к сухой массе. Все вещества из объема экстракции были выделены индивидуально с помощью колоночной хроматографии и определены физико-химическими методами. Установлено, что в состав экстрактивных веществ входят бетулин, лупеол и диацетат бетулина.

Список литературы:

1. Абышев А.З., Агаев Э.М., Гусейнов А.Б. Исследование химического состава экстракта коры березы Cortex Betula сем. Betulaceae // Химико-фармацевтический журнал. – 2007. – Т. 41. – № 8. – С. 22–26.
2. Бетулин и его производные / Г.А. Толстиков, О.Б. Флехтер, Е.Е. Шульц, Л.А. Балтина [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 2005. – № 13. – С. 1–30.
3. Изучение состава гексанового экстракта бересты и его токсико-фармакологических свойств / С.А. Кузнецова, Б.Н. Кузнецов, О.Ф. Веселова, Т.П. Кукина [и др.] // Химия растительного сырья. – 2008. – № 1. – С. 45–49.
4. Изучение состава и антиоксидантных свойств гексанового и этанольного экстрактов бересты / С.А. Кузнецова, Н.М. Титова, Г.С. Калачева, И.А. Зайбель // Вестник Красноярского государственного университета, Естественные науки. – 2005. – № 2. – С. 113–118.
5. Изучение состава этанольного экстракта бересты и его токсико-фармакологических свойств / С.А. Кузнецова, Г.П. Скворцова, Г.С. Калачев, И.А. Зайбель [и др.] // Химия растительного сырья. – 2010. – № 1. – С. 137–141.
6. Изучение экстракции коры березы гексаном, этиацетатом, изопропиловым спиртом и водой / В.А. Левданский, Н.И. Полежаева, А.В. Левданский, В.Н. Кузнецов // Вестник Красноярского государственного университета, Естественные науки. – 2004. – № 2. – С. 68–73.
7. Кислицын А.Н. Экстрактивные вещества бересты: изоляция, состав, свойства, применение // Химия древесины. – 1994. – № 3. – С. 3–28.
8. Красуцкий П.А. Исследования и разработка бересты // Отчеты о натуральных продуктах. – 2006. – № 23. – С. 919–942.
9. Оптимизация термических и биохимических методов утилизации отходов экстракционной переработки березовой коры / Б.Н. Кузнецов, Т.В. Рязанова, М.Л. Щипко, С.А. Кузнецова [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. – 2005. – Т. 13. – С. 441–449.
10. Похило Н.Д., Уварова Н.И. Изопреноиды различных видов рода Betula // Химия природных соединений. – 1988. – № 3. – С. 325–341.
11. Серия биологической активности терпеноидов лупана и фармакологические перспективы / Т.Г. Толстикова, И.В. Сорокина, Г.А. Толстиков, А.Г. Толстиков [и др.] // Биоорганическая химия. – 2006. – № 32. – С. 42–55.
12. Тургунбаев Ш.Ш., Хаитбаев А.Х. Изучение экстрактивных веществ Betula pendula, произрастающей в Узбекистане // XI Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых «Россия молодая», 2019.
13. Хаитбаев А.Х., Тургунбаев Ш.Ш. Синтез бетулиновой кислоты // Вестник ФерГУ. – 2019. – № 4. – C. 24–28.
14. Zalesińska M.D., Борска С. Бетулин и его производные – предшественники новых лекарств // Мировые научные новости. – 2019. – № 127 (3). – С. 123–138.