CC BY
43
Химия растительного сырья. 2012. №4. С. 79-83.
УДК 54.05
СИНТЕЗ 3-СУЛЬФАТА БЕТУЛИНОВОЙ КИСЛОТЫ
СУЛЬФАТИРОВАНИЕМ В СРЕДЕ ДИОКСАНА И ДИМЕТИЛФОРМАМИДА
© В.А. Левданский1,2, А.В. Левданский1, Б.Н. Кузнецов1’2
1 Институт химии и химической технологии СО РАН, ул. К. Маркса, 42,
Красноярск 660049 (Россия), e-mail: [email protected]
2Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск,
660041 (Россия)
Установлено, что реакция сульфатирования бетулиновой кислоты хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане или К,К-диметилформамиде протекает в гомогенной среде. При температуре 30-50 °С в течение 3-4 ч образуется 3-сульфат бетулиновой кислоты с выходом 95-97%. Сульфат бетулиновой кислоты выделяют в виде натриевой соли. Строение 3-сульфата бетулиновой кислоты подтверждено методами ИК и ЯМР 13С спектроскопии.
Ключевые слова: бетулиновая кислота, 1,4-диоксан, К,К-диметилформамид, сульфатирование, хлорсульфоно-вая кислота, 3-сульфат бетулиновой кислоты.
Введение
Бетулиновая кислота (3р-гидрокси-луп-20(29)-ен-28-овая кислота) обладает широким спектром биологического действия. Она подавляет рост меланомы и других раковых клеток, проявляет антималярий-ную, противоопухолевую, противовоспалительную и противовирусную активность [1]. Выделение бетулиновой кислоты из растений малорентабельно из-за ее низкого содержания. Более рациональным путем является ее синтез из бетулина, содержание которого в бересте коры березы достигает 30-35% [2]. Вначале использовался многостадийный синтез бетулиновой кислоты, который включал следующие стадии: защита гидроксильных групп бетулина ацетилированием, селективный гидролиз ацетильной группы при С-28, окисление оксиметильной группы до карбоксильной, снятие ацетильной защитной группы при С-3. Суммарный выход бетулиновой кислоты при этом не превышал 30% [3]. В конце 90-х гг. был осуществлен синтез бетулиновой кислоты в две стадии с выходом 60-65% путем окисления бетулина реактивом Джонса или хромовым ангидридом в уксусной кислоте до бетулоновой кислоты и восстановлением последней бор -гидридом натрия в метаноле или тетрагидрофуране до бетулиновой кислоты [4].
Бетулиновая кислота малорастворима в воде, что осложняет ее практическое использование в качестве биологически активного соединения и при синтезе ее производных. Наиболее простой способ придания водорастворимости бетулиновой кислоте -это ее сульфатирование с получением 3-сульфата бетулиновой кислоты. В работах [5, 6] показано, что 3-сульфат бетулиновой кислоты проявляет более высокую биологическую активность как ингибитор комплемента по сравнению с применяемыми в настоящее время медицинскими препаратами.
Левданский Владимир Александрович - ведущий научный сотрудник, тел.: (391) 249-55-84, e-mail: [email protected]
ЛевданскийАлександр Владимирович - научный сотрудник, тел.: (391) 249-55-84, e-mail:[email protected] Кузнецов Борис Николаевич - первый заместитель директора Института химии и химической технологии СО РАН, профессор, доктор химических наук, заведующий кафедрой аналитической и органической химии Сибирского федерального университета, тел.: (391) 249-48-94, e-mail: [email protected], [email protected]
* Автор, с которым следует вести переписку
Известны природные водорастворимые 3-сульфаты стероидов. Так, из листьев Scheffera Octophylla выделены и идентифицированы стереоизомеры сульфатов бетулиновой кислоты и сульфаты метилового эфира бетулиновой кислоты [7].
Применяемые в настоящее время методы синтеза сульфатов тритерпеноидов основаны на использовании серной кислоты и серного ангидрида. Сульфатирование бетулиновой кислоты серной кислотой проводят в пиридине в присутствии уксусного ангидрида [5, 6]. В работе [8] исследовано сульфатирование олеаноловой и бетулиновой кислот смесью жидкого серного ангидрида и диметилсульфоксида.
В настоящей работе впервые предложено осуществлять синтез 3-сульфата бетулиновой кислоты путем сульфатирования бетулиновой кислоты хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане или N,N-диметилформамиде.
Экспериментальная часть
ИК-спектры бетулиновой кислоты и 3-сульфата бетулиновой кислоты сняты на Фурье ИК-спектрометре Vector-22 фирмы Bruker в области длин волн 400-4000 см-1 в таблетках KBr (3 мг образца / 300 мг KBr). Спектры ЯМР 13С сняты на спектрометре Bruker Avance III 600 МГц в дейтерометаноле с привязкой к дейтериевому резонансу растворителя. Элементный анализ выполнен на элементном анализаторе Flash EA™ -1112 (Thermo Quest Italia), одновременно определяющем количество (в %) углерода, водорода и серы, а также кислорода.
Окисление бетулина в бетулоновую кислоту проводили хромовым ангидридом в уксуной кислоте по методике, приведенной в работе [4]. Восстанавливали бетулоновую кислоту в бетулиновую боргидридом натрия в тетрагидрофуране [9].
Растворители 1,4-диоксан, ^^диметилформамид перед использованием были очищены и высушены известным методом [10].
Методика сульфатирования бетулиновой кислоты в Ы,Ы-диметилформамиде. В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, загружают 50 мл N,N-диметилформамида и при интенсивном перемешивании и охлаждении при температуре -5-0 °С прибавляют по каплям 1 мл хлорсульфоновой кислоты. После того, как вся хлорсульфоновая кислота прибавлена, при перемешивании медленно порциями загружают 4,56 г (0,01 моль) бетулиновой кислоты, колбу нагревают на водяной бане до 50 °С и поддерживают эту температуру в течение 3 ч. Затем реакционную массу охлаждают до температуры 15-20 °С и при перемешивании нейтрализуют до pH 7-8, прибавляя 50-55 мл 75% водно-этанольного раствора, содержащего 4% гидроксида натрия. Выпавшую в осадок неорганическую соль отделяют фильтрованием, фильтрат концентрируют под вакуумом до полного удаления растворителя и получают 3-сульфат бетулиновой кислоты в виде натриевой соли. Выход продукта составил 5,5 г (95%).
Методика сульфатирования бетулиновой кислоты в 1,4-диоксане. В трехгорлую колбу объемом 100 мл снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, загружают 50 мл 1,4-диоксана и при интенсивном перемешивании и охлаждении при температуре 5-10 °С прибавляют по каплям 1 мл хлорсульфоновой кислоты. После того, как вся хлорсульфоновая кислота прибавлена, при перемешивании медленно порциями прибавляют 4,56 г (0,01 моль) бетулиновой кислоты, колбу нагревают на водяной бане до 30 °С и поддерживают эту температуру в течение 4 ч. Затем реакционную массу охлаждают до температуры 15-20 °С и при перемешивании нейтрализуют до pH 7-8, прибавляя 75% водно-этанольный раствор, содержащий 4% гидроксида натрия. Выпавшую в осадок неорганическую соль отделяют фильтрованием, фильтрат концентрируют под вакуумом до полного удаления растворителя, разбавляют 50-60 мл ацетона и 3-сульфат-бетулиновой кислоты выделяют фильтрованием в виде натриевой соли. Выход продукта составил 5,6 г (97%).
Результаты и обсуждение
При взаимодействии хлорсульфоновой кислоты с диоксаном или диметилформамидом образуется соответственно комплекс 80з-диоксан или SOs-ДМФА и выделяется HQ [11].
/ ^ t > 20°C / ^
ClSO3H + O O ——20 C »SO3O O + HCl .
Сульфатирование бетулиновой кислоты, полученной известным способом из бетулина, осуществляли комплексами 80з-диоксан в 1,4-диоксане или 80з-диметилформамид в М,М-диметилформамиде.
Синтез бетулиновой кислоты осуществлен путем окисления бетулина хромовым ангидридом в уксусной кислоте до бетулоновой, с последующим восстановлением бетулоновой кислоты боргидридом на -трия в тетрагидрофуране (рис. 1).
Сульфатирование бетулиновой кислоты проводили в 1,4-диоксане или М",М-диметилформамиде хлор-сульфоновой кислотой, а выделение 3-сульфата бетулиновой кислоты проводили в виде натриевой соли.
Строение натриевой соли 3-сульфата бетулиновой кислоты, полученной сульфатированием хлор-сульфоновой кислотой в 1,4-диоксане и М,М-диметилформамиде, подтверждено методом ИК и ЯМР 13С спектроскопии. В ИК-спектре 3-сульфата бетулиновой кислоты, в отличие от бетулиновой кислоты, присутствует полоса поглощения в области 838 см-1 (80) и интенсивная полоса в области 1221 см-1 (802), которые подтверждают наличие сульфатной группы в молекуле бетулиновой кислоты (рис. 2).
ЯМР 13С спектры природных а- и р-стереоизомеров бетулиновой кислоты и 3-сульфатов бетулиновой кислоты приведены в работе [7]. Используемая для сульфатирования бетулиновая кислота представлена одним р-стереоизомером, что подтверждено полным совпадением спектров ЯМР 13С с данными, приведенными в работе [7]. Сопоставление ЯМР 13С спектров бетулиновой кислоты и 3-сульфата бетулиновой кислоты (рис. 3, 4) показало, что химический сдвиг у вторичного атома углерода С-3, связанного с гидроксильной группой, у бетулиновой кислоты наблюдается при 79,18 м.д., а после замещения гидроксильной группы на сульфатную группу для 3-сульфата бетулиновой кислоты смещается в слабое поле до 86,43 м.д.
Отсутствие в ЯМР 13С спектре 3-сульфата бетулиновой кислоты сигнала атома углерода С-3 в области 79,18 м.д. указывает на полное замещение гидроксильной группы бетулиновой кислоты на сульфатную группу.
Рис. 1. Схема синтеза натриевой соли 3-сульфата бетулиновой кислоты
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
№ ауепитЬег ст-1
Рис. 2. ИК-спектры бетулиновой кислоты (1) и натриевой соли 3-сульфата бетулиновой кислоты (2)
Рис. 3. ЯМР 13C спектр бетулиновой кислоты
Рис. 4. ЯМР 13C спектр 3-сульфата бетулиновой кислоты
Заключение
Таким образом, установлено, что обработка бетулиновой кислоты комплексами SO3-диоксан в диок-
сане или SO3-димeтилфopмaмид в диметилформамиде при температуре 30-50 °С в течение 3-4 ч приводит
к образованию 3-сульфата бетулиновой кислоты с выходом 95-97%.
Список литературы
1. Флехтер О.Б., Нигматуллина Л.Р., Балтина Л.А., Карачурина Л.Т., Галин Ф.З., Зарудий Ф.С., Толстиков Г.А., Бо-реко Е.И., Павлова Н.И., Николаева С.Н., Савинова О.В. Получение бетулиновой кислоты из экстракта бетлина. Противовирусная и противоязвенная активность некоторых родтвенных терпеноидов // Химикофармацевтический журнал. 2002. Т. 36, №9. С. 26-28.
2. Толстиков Г.А., Флехтер О.Б., Шульц Э.Э., Балтина Л.А., Толстиков А.Г. Бетулин и его производные. Химия и биологическая активность // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. №13. С. 1-30.
3. Ruzieka L., Lamberton A.H., Christie E.W. Zur kenntnis der triterpene. 41. Mitteilung. Oxydation des betulin-mono-acetats mit chromtrioxyd zu sauren produkten // Helv. Chim. Acta. 1938. V. 21, N1. Pp. 1706-1717.
4. Ле Банг Шон., Каплун А.П., Шпилевский А.А., Андия-Правдивый Ю.Э., Алексеева С.Г., Григорьев В.Б., Швец В.И. Синтез бетулиновой кислоты из бетулина и исследование ее солюбилизации с помощью липосом // Биоорга-ническая химия. 1998. Т. 24, №10. С. 787-793.
5. Bureeva S., Andia-Pravdivy J., Symon A., Bichucher A., Moskaleva V., Popenko V., Shpak A., Shvets V., Kozlov L., Kaplun A. Selective inhibition of the interaction of C1q with immunoglobulins and the classical pathway of the complement activation by steroids and triterpenoids sulfates // J. Bioorganic and medicinal chemistry. 2007. Vol. 15, N10. Pp. 3489-3498.
6. Патент №2243233 (РФ). Производные бетулина как ингибиторы комплемента / А.П. Каплун, Ю.Э. Андия-Правдивый, С.В. Буреева, Л.В. Козлов, В.И. Швец // 27.12.2004.
7. Kitajima J., Shindo М., Tanaka Y. Two new triterpenoid sulfates from the leaves of Schefflera octophylla // Chem. Pharm. Bull. 1990. Vol. 38, N3. Pp. 714-716.
8. Гришковец В.И. Синтез сульфатов тритерпеноидов с использованием комплекса SO3-димeтилcyльфoкcид // Химия природных соединений. 1999. №1. С. 91-93.
9. Darrick S.H.L. Kim, Zhidong Chem, Van Tuyen Nguen, John M. Pezzuto, Shengxiang Qiu, Zhi-Zhen Lu. A concise semisynthetic approach to betulinic acid from betulin // Synthetic communication. 1997. Vol. 27, N9. P. 1607-1612.
10. Гордон А., Форд P. Спутник химика. М., 1976. 545 с.
11. Джильберт Э.Е. Сульфирование органических соединений. М., 1969. 416 с.
Поступило в редакцию 26 апреля 2012 г.
Levdansky V.A.12, Levdansky A.V.1, Kuznetsov B.N.1’2* SYNTHESIS OF BETULINIC ACID 3-SULFATE BY SULFATION IN DIOXANE AND DIMETHYLFORMAMIDE MEDIUM
institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, K. Marx str., 42, Krasnoyarsk, 660049 (Russia), e-mail: [email protected]
2Siberian Federal University, pr. Svobodny, 79, Krasnoyarsk, 660041, (Russia)
It was established, that the reaction of sulfation of betulinic acid by a chlorosulfonic acid in dioxane or dimethylforma-mide proceeded in homogeneous medium. At temperature 30-50 °C within 3-4 hours the betulinic acid 3-sulfate is formed with an yield of 95-97%. Betulinic acid 3-sulfate was isolated in the form of sodium salt. The structure of betulinic acid 3-sulfate was confirmed by methods of IR and NMR 13C spectroscopy.
Keywords: betulinic acid, 1,4-dioxane, N,N-dimethylformamide, sulfation, chlorosulfonic acid, betulinic acid 3-sulfate.
References
1. Flekhter O.B., Nigmatullina L.R., Baltina L.A., Karachurina L.T., Galin F.Z., Zarudii F.S., Tolstikov G.A., Boreko E.I., Pavlova N.I., Nikolaeva S.N., Savinova O.V. Khimiko-farmatsevticheskii zhurnal, 2002, vol. 36, no. 9, pp. 26-28 (in Russ.).
2. Tolstikov G.A., Flekhter O.B., Shul'ts E.E., Baltina L.A., Tolstikov A.G. Khimiia v interesakh ustoichivogo razvitiia, 2005, no. 13, pp. 1-30 (in Russ.).
3. Ruzieka L., Lamberton A.H., Christie E.W. Helv. Chim. Acta, 1938, vol. 21, no. 1, pp. 1706-1717.
4. Le Bang Shon., Kaplun A.P., Shpilevskii A.A., Andiia-Pravdivyi Iu.E., Alekseeva S.G., Grigor'ev V.B., Shvets V.I. Bio-organicheskaia khimiia, 1998, vol. 24, no. 10, pp. 787-793 (in Russ.).
5. Bureeva S., Andia-Pravdivy J., Symon A., Bichucher A., Moskaleva V., Popenko V., Shpak A., Shvets V., Kozlov L., Kaplun A. J. Bioorganic and medicinal chemistry, 2007, vol. 15, no. 10, pp. 3489-3498.
6. Patent №2243233 (RU). 27.12.2004.
7. Kitajima J., Shindo M., Tanaka Y. Chem. Pharm. Bull., 1990, vol. 38, no. 3, pp. 714-716.
8. Grishkovets V.I. Khimiiaprirodnykh soedinenii, 1999, no. 1, pp. 91-93 (in Russ.).
9. Darrick S.H.L. Kim, Zhidong Chem, Van Tuyen Nguen, John M. Pezzuto, Shengxiang Qiu, Zhi-Zhen Lu. Synthetic communication, 1997, vol. 27, no. 9, pp. 1607-1612.
10. Gordon A., Ford R. Sputnikkhimika. [Satellite chemist]. Moscow, 1976, 545 p. (in Russ.).
11. Dzhil'bert E.E. Sul'firovanie organicheskikh soedinenii. [Sulfonation of organic compounds]. Moscow, 1969, 416 p. (in Russ.).
Received April 26, 2012
* Corresponding author.
