- •Выход и характеристика экстрактивных веществ
- •Состав тритерпеноидов коры в. Verrucosa [6], % по массе*
- •* Здесь и в табл. 4 в скобках приведены средние значения.
- •Состав субериновых кислот коры в. Verrucosa [6], % по массе*
- •Состав и выход продуктов щелочной плавки тритерпеноидов [103] .
- •Список литературы
Состав и выход продуктов щелочной плавки тритерпеноидов [103] .
Исх. в-во |
Соединение и его выход, % от исх. |
||
Кетон с исходным скелетом |
Норкетон |
Побочные продукты |
|
Лупеол (IV) |
Лупенон (IX), 26 |
Норкетон (аналог L1V), 26 |
3α-Лупеол, 11 |
Аллобетулин (XXIII) |
Аллобетулон (XXXIV), 23 |
Норкетон (L1V), 29 |
1,2-Дегидро-аллобетулон, 7 |
Бетулинол (V) |
Бетулон (LIII), 64 |
- |
- |
Из табл. 5 видно, что дегидрирование по 3β-ОН и дегидрирование с сужением кольца A в случае лупеола и аллобетулина протекает в равной степени. В случае бетулинола сужения кольца А не наблюдается, а с высоким выходом получается продукт дегидрирования по гидроксигруппе LIII. При восстановлении гидроксикетона по Вольфу–Кижнеру с выходом 93% получается жасминол (LV), выделенный из листьев Jasminum auriculatum Vahl.
По двухстадийному способу последовательного гидроборирования и окисления из бетулинола можно синтезировать 3β,28,30-тригидрокси-лупан (LVI) [104, 105].
При нагревании аллобетулона XXXIV с серой в морфолине карбонильная группа передвигается в положение C(2) – образуется 19β,28-эпокси-18α-олеан-2-он. При нагревании того же аллобетулона, а также 2α-оксиаллобетулона и 2-кетоаллобетулона с серой в морфолине в присутствии этилендиамина получается пиразиновое (LVII), а с фенилен-диамином – хиноксалиновое (LVIII) производное [106]. Это простой путь к азотсодержащим пиразинам олеананового ряда.
Никель Ренея в кипящем n-цимоле вызывает в тритерпеноидах (лупеол, метилбетулинат, урсоловая кислота и др.) реакции трех типов [107, 108]: окисление 3-гидроксигруппы; восстановление двойной связи; обратимый сдвиг двойной связи в соседнее положение. Так, метилбетулонат с хорошим выходом превращается в метилдигидробетулонат.
Гидрирование этиленовой связи в бетулиноле легко идет на никелевом [16] и платиновом [109] катализаторах. Эффективным катализатором гидрирования является хлористый 3-(3-фенилфосфин)-родий [110].
Восстановительные процессы наблюдаются также при сольволизе тозилатов. Так, при сольволизе производных бетулинола (3-окси-, 3-оксо-, 3-ацетил-28-тозилатов) путем кипячения в диметиланилине осуществляется расширение пятичленного кольца Е в шестичленное (за счет ангулярного C-28) с одновременной изомеризацией изопропенильной группы в изопропилиденовую [85, 111]. При сольволизе дитозилатов бетулинола под действием кипящей безводной уксусной кислоты или хлороксида фосфора в пиридине в результате перегруппировки по Вагнеру–Меервейну кольцо Е, как и в предыдущем случае, расширяется, а кольцо A, наоборот, сужается. Изопропенильная группа сохраняется [112].
Упомянем еще о синтезе некоторых N-производных бетулинола: 28-аминолупеола [86], 3,4-секопроизводных (LIX) [113], лактама (LX) [102]. Последний получается при обработке 3-оксосоединений, например, метилбетулоната, гидроксил-0-сульфоновой кислотой. Метилбетулонат по реакции Шмидта и его оксим по реакции Бекмана дают сложную смесь [114].
Работ по изучению биохимических превращений лупановых тритерпеноидов не обнаружено. Но α-амирон с помощью культуры гриба Culvularia lunata восстанавливается в смесь α-амирина и эпи-α-амирина [115].
Этот, разумеется далеко неполный, обзор показывает, что бетулинол и его производные способны к разнообразным химическим превращениям и на их основе можно синтезировать множество соединений, которые могут представлять потенциальный практический интерес (прежде всего как биологически активные вещества).
Химические свойства субериновых кислот. Субериновые кислоты – желтая или светло-коричневая мазеобразная масса, хорошо растворимая в этаноле, изопропаноле, изобутаноле, бензиловом спирте, этил- и амилацетате, серном эфире, анилине, пиридине. Хуже кислоты растворяются в трихлорэтане, хлороформе, ацетиленхлориде и нерастворимы в петролейном эфире, бензине, толуоле, ксилоле, четыреххлористом углероде. Кислотное число субериновых кислот близко к 160. Они, как правило, содержат примесь нейтральных веществ – не полностью извлеченных из бересты на первой стадии экстрактивных веществ. После их удаления кислотное число возрастает на 20...25 единиц [5]. Число омыления равно 200...210. Йодное число 28...31. Массовая доля непредельных кислот, рассчитанная по йодному числу, составляет 40...45%. Массовая доля гидроксигрупп колеблется значительно: от 5,14 [5] до 7,25% [22]. Другие характеристики субериновых кислот: температура размягчения 60...80°C, nD20 около 1,5, d420 около 1,0. При хранении кислот при обычной температуре в течение 3 мес. кислотное число не меняется, через 5 мес. снижается на 10...15 единиц. Основания и (особенно) кислоты сильно ускоряют процесс полиэстерификации: нагрев при 100°C в течение 30 мин в присутствии 2% соляной кислоты ведет к снижению кислотного числа со 160 до 68, серная кислота в этих же условиях за 15...20 мин превращает субериновые кислоты в каучукоподобный эластичный продукт. Химические свойства субериновых кислот, естественно, определяются наличием окси-, эпокси-, карбоксигрупп и специально не изучались. Возможности синтеза каких-либо индивидуальных продуктов отсутствуют из-за пестрого состава субериновых кислот. Можно лишь говорить о получении производных по тем или иным функциональным группам. Имеется сообщение о разложении суберина малины спорами гриба Fusarium solani pisi и Armillaria melea [116]. Разложение суберина в процессе грибкового патогенеза рассмотрено в работе [117].
Использование «экстрактивных» веществ. Наружная часть коры березы – береста – давно используется для получения берестового дегтя, который до сих пор применяется в фармакопее и ветеринарии как антисептик и противочесоточное средство. Береста в народной медицине сама по себе также использовалась в качестве антисептика при лечении ран и кожных заболеваний [118]. Бересту использовали для стерилизации помещений, сжигая ее в смеси с нитратом калия [16].
Значительное число работ посвящено поиску путей использования продуктов химической переработки бересты, особенно бетулинола. Изучались возможности использования его для получения пленкообразователей, пластификаторов, поверхностно-активных и биологически активных веществ.
Ранние работы по получению пленкообразователей с использованием бетулина (возможно, это экстрактивные вещества) и суберина описаны в брошюре [119]. Отмечается, что пленки, получаемые только из бетулина, быстро высыхают, но хрупки, пленки из суберина обладают высокой эластичностью, но медленно высыхают. Лаки, приготовленные на основе этерифицированпых бетулином субериновых кислот, непригодны для покрытии по дереву в качестве заменителей спиртовых лаков и вполне пригодны для покрытий по металлу при условии горячей сушки. Облагораживание бетулино-субериновых смол малеиновым и фталевым ангидридом не дало положительного результата: пленки склонны к быстрому старению.
Пирятинский [120] использовал бетулинол, как двухатомный спирт, для частичной замены (до 30%) пентаэритрита при получении канифольных смол. У такой смолы более высокая температура плавления и повышенная водостойкость.
Получению пленкообразователей посвящена работа [19]. Продукты, полученные взаимодействием бетулинола с фталевым ангидридом и адипиновой кислотой, представляют собой твердые высокоплавкие смолы, дающие твердые и блестящие, но хрупкие пленки. Способность этих смол совмещаться как с сырыми, так и полимеризованными растительными маслами показывает возможный путь их пластификации. Высокоплавкие смолы получены при этерификации бетулинола смоляными кислотами. Масляные лаки, содержащие дирезинаты бетулинола, дают пленки с более высокими показателями твердости и большей скоростью высыхания, чем лаки, содержащие глицериновые эфиры канифоли. Интересные свойства имеет диолеинат бетулинола: в присутствии сиккатива он дает быстро высыхающие, твердые пленки, что резко отличает его от всех описанных ранее эфиров олеиновой кислоты и различных многоатомных спиртов (глицерина, пентаэритрита, маннита). Учитывая это, автор предположил, что введение бетулинола в состав смол типа глифталевых позволит значительно повысить скорость высыхания и твердость пленок. Действительно, путем алкоголиза растительных масел при температуре 240...265°C смесью бетулина и глицерина с последующей этерификациеи свободных гидроксигрупп фталевым ангидридом получены смолы, дающие пленки с высокими физико-химическими показателями при одновременной значительной экономии фталевого ангидрида.
Позднее Аслам и Алам сообщили, что покрытия из смол на основе смоляных кислот и бетулинола имеют повышенную стойкость к воде и царапинам по сравнению с эфирами смоляных кислот с пентаэритритом [121], а эфиры бетулинола. с жирными кислотами льняного масла дают покрытия более высокого качества, чем без бетулинола [122].
Изучена возможность использования в качестве пленкообразователей эфиров бетулинола и жирных кислот таллового масла [75]. Пленки получали сушкой на воздухе в присутствии нафтената кобальта. Пленки, за исключением высушенных при 150°C, мутнеют в воде. Все пленки нестойки к органическим растворителям.
Смолы, полученные сополимеризацией ненасыщенных полиэфиров из малеинового ангидрида и гликолей со стиролом, в случае введения бетулинола в эфир имеют более высокую температуру размягчения и повышенную водо- и химстойкость. Авторы отмечают, что затруднения, связанные с синтезом высокомолекулярной полиэфирной смолы из малореакционноспособного бетулинола, вполне преодолимы [78].
Проводились исследования по синтезу полиуретанов. Так, на основе смеси примерно равных количеств моно- и дипальмитата бетулинола и изоцианата марки Desmodur N синтезированы полиуретаны. Пленки из них бесцветны, прозрачны, имеют карандашную твердость 2H и достаточную устойчивость к органическим растворителям [75]. Полиуретаны на основе бетулинола и изоцианата марки Desmodur E22 образуют пленки с прочностью на разрыв 12400 кПа и коэффициентом растяжения 315%. Эти наилучшие показатели определены для пленок из полиуретана, полученного полимеризацией в толуоле. Выбор растворителя имеет важное значение [82].
Описан синтез диакрилатов и диметилметакрилатов бетулинола взаимодействием последнего с 2,3-эпоксипропилакрилатом и 2,3-эпокси-пропилметакрилатом в растворе диоксана, толуола и пиридина. Максимальный (75%) выход продукта конденсации достигнут при использовании пиридина. При полимеризации акрилатов в присутствии 2,2'-азоизобутиронитрила получаются щелоче- и термостойкие полимеры, начальная температура потери массы достигает 250°С [123].
Диглицидиловый эфир бетулинола предложен в качестве мономера для получения эпоксиполимеров с высокими диэлектрическими свойствами [124].
Эфир пальмитиновой кислоты бетулинола испытан в качестве пластификатора поливинилхлорида [75]. Установлено, что при замене половины стандартного пластификатора (диоктилфталата) эфир хорошо совмещается со смесью, образуя свободно текучую пасту. Отлитая из нее пленка мягкая, бурая, прозрачная. После месячного хранения пленки при комнатной температуре выпотевания эфира не наблюдается.
Бетулинол предложен в качестве светостабилизатора древесной массы. Бетулинол действует как отражатель фотохимически активного света и не участвует в химических реакциях [125].
Кислые эфиры бетулинола (сукцинат, фталат, тетрахлорфталат) – эффективные эмульгаторы для систем вазелин-вода и кокосовое масло-вода [126]. Рекомендуется применять их в качестве эмульгаторов, диспергаторов и компонентов лекарственных препаратов [76].
О биологической активности бетулинола известно давно. Еще в прошлом веке Велёр (Wheeler, 1899) отметил антисептические свойства бетулинола, его использовали для стерилизации пластырей и бинтов. Бетулинол наносили для снятия зуда (Holmes, 1921). Бетулинол, лупеол и бетулиновая кислота идентифицированы в эфирном экстракте из коры В. utilis, используемой в индийской медицине также в качестве антисептика [127]. Бетулин и бетулиновая кислота содержатся также в противоопухолевых препаратах растительного происхождения [128, 129].
Противоопухолевая активность бетулинола и других тритерпеноидов лупанового ряда показана многими исследователями. Так, бетулинол эффективен против саркомы Уолкера 256 (Walker 256) [130, 131], аденомы грудной железы MCF-7 in vitro и лейкемии Р 388 in vivo и проявил большую активность, чем известный ионотодиол [132]. Бетулинол особенно эффективен против эпидермоидной канцеромы носоглотки (in vitro) [133]. Бетулиновая кислота проявляет цитостатическую активность против carcinoma cell line-115 толстой кишки [134]. Бетулинол, лупеол, бетулиновая кислота оказывают ннгибирующее действие на вирус Эпштейна-Барра [129]. Высокой ингибирующей активностью по отношению к этому вирусу в лимфобластоидных клетках Раджи обладают эритродиол и бетулиновая кислота [135]. Диацетат бетулина, другие ацилоксипроизводные с C≤18, тозилоксипроизводные являются активными компонентами противораковых препаратов [136].
Бетулинол, лупеол и бетулиновая кислота проявляют бактериостатическую активность против Escherichia coli, Salmonella typhi, Shidella ftexneri и Staphylococcus aures [129]. Противовоспалительной активностью обладает кофеат бетулиновой кислоты [137, 138].
В работе [139] изучено влияние шести тритерпеноидов, в том числе бетулинола, его диацетата и аллобетулина, на резистентность организма к повреждающим воздействиям и установлено, что заслуживает внимания сочетание гастро- и гепатопротектиновых свойств у бетулинола.
С целью выявления взаимосвязи между структурой тритерпеноидов и стероидов и их физиологической активностью изучено влияние 3β,28-дигидроксилупен-30-аля (XXXI), 3β,20,28-тригидроксилупана (LVI) и гетеробетулина (XXVII) на водно-солевой обмен и показано, что они влияют на скорость выведения почкой крысы воды, натрия и калия [140].
Бетулинол давно предложен в качестве компонента для туалетных порошков и косметических средств (Puranen, 1941). Бетулинол оказывает лечебное действие на волосы, поэтому используется как добавка в шампуни [141]. Литература этого направления нами не рассматривается.
Разнообразной биологической активностью обладают также терпеноиды олеананового и урсанового ряда. В качестве примера укажем, что 3-карбоксиметилурсоловая кислота обладает высоким гиполипидемическим действием [142], а производные глицирризиновой кислоты (олеанановый ряд) проявляют противоязвенную, противовоспалительную, анальгезирующую, жаропонижающую активность и стимулируют репаративную регенерацию кожи (РЖХ, 1993, 21О101П—21О107П).
Изучено антифидантное действие различных соединений - алкалоидов, флавоноидов, полиолов и бетулинола — на насекомых Dysdercus отряда Heleroptera (клопы), встречающихся на хлопчатнике, и показано, что бетулинол обладает эффективным отпугивающим свойством на D. fulvoniger [143]. Антифидантной активностью по отношению к колорадскому картофельному жуку бетулиновая кислота, ее ацетат и кофеат не обладают. Олеаноловая кислота более активна [33].
Работ по использованию субериновых кислот мало. Согласно патенту США [144], сополимеры 1,4-циклогександиметилола и смеси субериновой и фталевой кислот являются хорошими клеями-расплавами для склеивания ненагретых металлов.
Разработан способ получения оксиэтилированного суберина [145]. Получаемое поверхностно-активное вещество предложено использовать в качестве деэмульгатора водонёфтяных эмульсий [146]. По эффективности действия он в 3-4 раза превосходит известный реагент ОП-10 и сравним с высокоэффективными реагентами проксанолом, диссольваном 4411.
Не исключено, что субериновые кислоты бересты могут иметь антибактериальную или антигрибковую активность по аналогии со свойствами субериновых кислот из коры черной ольхи. Эти кислоты показали значительную противогрибковую активность против Aphanoyces euteiches. Против Streptococcus faecium и Escherichia coti они не активны [147].
Сообщалось также [6] о работе шведских исследователей по изысканию путей использования экстрактивных веществ и субериновых кислот [148].
Итак, заканчивая обзор, можно констатировать, что береста - многотоннажный отход фанерного и некоторых других производств – является интересным химическим сырьем, содержащим 20...40% экстрактивных веществ и 30...40% суберина. Способы выделения экстрактивных веществ и суберина в виде субериновых кислот достаточно просты и технически осуществимы. Основной компонент экстрактивных веществ – бетулинол, пентациклический тритерпеноид C30H50O2; концентрация его в экстрактивных веществах не менее 60%. Простой перекристаллизацией можно получить бетулинол с содержанием основного вещества 95%. Субериновые кислоты – сложная смесь алифатических C18-C22 моно- и дикарбоновых насыщенных и ненасыщенных окси- и эпоксикислот. Экстрактивные вещества и субериновые кислоты можно использовать в производстве таких технических продуктов, как пленкообразователи, пластификаторы, поверхностно-активные вещества. Бетулинол, сам по себе обладающий биологически активными свойствами, представляет большой интерес для синтеза разнообразных производных – потенциальных биологически активных веществ.