Ученые Томского политехнического университета разрабатывают совершенно новые каталитические методы получения оксо-производных бетулина — органического вещества, содержащегося в березовой коре. Эти производные интересны для косметической, пищевой, а в особенности для фармацевтической промышленности, где они используются как прекурсоры (химические «строительные блоки», из которых можно построить другие вещества — ред.) для создания лекарственных препаратов. По данным исследователей университета, на сегодняшний день в мире не существует каталитических методов получения оксо-производных бетулина, хотя гетерогенно-каталитический подход обладает рядом важных преимуществ перед традиционными методами. Этот проект ученых Томского политеха получил поддержку Российского научного фонда, грант рассчитан на два года.
Фото: Екатерина Колобова Бетулин представляет собой тритерпеновый спирт. Это вещество заполняет полости клеток пробковой ткани на стволах березы и придает коре белую окраску. К оксо-производным бетулина относятся бетулон, бетулиновый и бетулоновый альдегиды и самые востребованные — бетулиновая и бетулоновая кислоты. Они обладают ценными биологически активными свойствами: иммуностимулирующими, антиоксидантными, гепатопротекторными, противоспалительными, антивирусными. На основе бетулиновой кислоты даже разработан анти-ВИЧ препарат нового механизма действия — бевиримат. Сейчас он проходит клинические испытания на пороге третьей фазы в США. Однако на сегодняшний момент отсутствуют экономически и экологически выгодные методы получения этих производных.
«Сейчас оксо-производные бетулина получают в основном с помощью реактива Джонса в сильнокислой среде. Он представляет собой смесь очень токсичного ангидрида хрома и сильных кислот.
Получение оксо-производных бетулина посредством окисления реактивом Джонса является достаточно сложным и малорентабельным процессом, характеризующимся низким выходом целевых продуктов (50-65 %), низкой температурой (-5 °С — +10 °С) и длительностью синтеза (до 24 часов), низкой селективностью окисления, приводящего к смеси продуктов, а также сложностью утилизации токсичного оксида хрома III и очень токсичного остаточного ангидрида хрома. Поэтому существует настоятельная необходимость в разработке более экологичной и эффективной методики», — говорит руководитель проекта, старший научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Екатерина Колобова.
В своих экспериментах исследователи используют катализаторы на основе наночастиц серебра и золота. Они состоят из подложки из различных оксидов, например, оксида титана, модифицированного в основном оксидами переходных металлов, таких как церий, железо, лантан и другие, с нанесенными на их поверхность наночастицами золота или серебра. Сами реакции окисления бетулина проходят в жидкофазной среде.
«В этой работе несколько новых моментов. Во-первых, сейчас не существует эффективных методов получения оксо-производных бетулина с использованием гетерогенных катализаторов. А предварительные исследования показали их перспективность за счет таких преимуществ — малый расход катализатора на единицу количества продукта, снижение или полное устранение токсичных сточных вод и расхода дополнительных реагентов на промывку реакционной массы, возможность повторного использования катализатора и растворителя после очистки.
Плюс мы используем экологически чистые окислители, например, кислород или синтетический воздух»,
— поясняет руководитель проекта.
Во-вторых, как отмечает ученый, практически нет работ, посвященных жидкофазному окислению спиртов, а также других органических веществ, в которых в качестве катализатора используют системы на основе серебра.
«Это очень перспективное и экономически более целесообразное направление исследований за счет снижения энергозатрат и затрат на утилизацию отходов. Оценка каталитических свойств образцов в реакции жидкофазного окисления бетулина будет проводиться в реакторе периодического действия, в условиях, близких к требованиям “зеленой химии”: нетоксичный растворитель, отсутствие щелочных добавок и инициаторов, давление 1 атмосфера, температуры до 150 ºС и другие», — отмечает Екатерина Колобова.
Добавим, на первой стадии реализации проекта ученые Томского политеха с помощью наносеребрянных катализаторов уже успешно получают бетулон. Результаты исследования опубликованы в журнале Fuel.