CC BY
63
Химия растительного сырья. 2013. №4. С. 115-119. DOI: 10.14258/jcprm.1304115
УДК 54.05
СУЛЬФАТИРОВАНИЕ АЛЛОБЕТУЛИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСОВ ЭОз-ДИОКСАН И ЭО3-ДИМЕТИЛФОРМАМИД
© В.А. Левданский1'2 , A.B. Левданский1
1 Институт химии и химической технологии СО РАН, Академгородок, 50-24, Красноярск, 660036, (Россия), e-mail: inm@icct.ru
2Сибирский федеральный университет, пр. Свободный, 79, Красноярск, 660041 (Россия)
Установлено, что реакция сульфатирования аллобетулина хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане или К,К-диметилформамиде протекает при температуре 40-50 °C. Показано, что для полной этерификации аллобетулина до 3-сульфата аллобетулина необходимо 4-5 ч. 3-Сульфат аллобетулина выделяют в виде натриевой или калиевой соли. Строение 3-сульфата аллобетулина подтверждено методами ИК и ЯМР 13C спектроскопии.
Ключевые слова: бетулин, аллобетулин, 1,4-диоксан, К,К-диметилформамид, сульфатирование, хлорсульфоно-вая кислота, комплекс БОз-диоксан, комплекс БОз-диметилформамид, 3-сульфат аллобетулина.
Введение
Соединениями, сочетающими доступность с ценной биологической активностью, богат класс три-терпеноидов [1]. Наиболее доступным и изученным представителем этого класса соединений является бетулин. Наличие в бетулине гидроксильных групп и двойной связи в изопропенильной группе позволяет осуществлять его разнообразную химическую модификацию, в частности бетулин способен изомеризо-ваться в аллобетулин (19р,28-эпоксиолеан-3-ол) - соединение со скелетом олеанона. Впервые изомеризация бетулина в аллобетулин осуществлена в 1922 г. путем обработки бетулина кипящей 88%-й муравьиной кислотой с последующим омылением образующегося формиата аллобетулина гидроксидом калия. По такой же двухстадийной схеме, через ацильное производное, идет образование аллобетулина при обработке бетулина уксусной кислотой в присутствии серной кислоты [2]. На основе бетулина и аллобетулина синтезирована большая группа биологически активных веществ. Однако очень низкая растворимость бетулина, аллобетулина и их производных в воде затрудняет их практическое использование и изучение биологической активности. Простой способ придания водорастворимости бетулину и его производным - это их сульфатирование с получением соответствующих сульфатов. Известно, что сернокислотные эфиры три-терпеноидов - бетулина, бетулиновой и олеановой кислот проявляют высокую биологическую активность, являются ингибиторами комплемента [3]. В работе [4] показано, что они проявляют более высокую биологическую активность как ингибиторы комплемента по сравнению с применяющимися в настоящее время медицинскими препаратами. Предложенные ранее методы сульфатирования тритерпеноидов основаны на использовании серной кислоты и комплексов, полученных при взаимодействии серного ангидрида с пиридином или диметилсульфоксидом [4,5]. Синтез 3,28-дисульфата бетулина и 3-сульфата бетулиновой кислоты проводят сульфатированием соответственно бетулина и бетулиновой кислоты серной кислотой в пиридине в присутствии уксусного ангидрида [4]. В работе [5] предложено сульфатировать тритерпеноиды
~ : ~ : : : : - олеаноловую, эхиноцистовую и бетулиновую ки-
ЛевданскииВладимир Александрович - ведущии
научный сотрудник, доктор химических наук, слоты комплексом серный ангидрид - диметилсуль-
тел.: (391) 249-55-84, e-mail:inm@icct.ru фоксид. Комплекс SO3 с диметилсульфоксидом по-
ЛевданскийАлександр Владимирович - научный лучают путем прибавления жидкого серного ангид-
сотрудник, тел.: (391) 249-55-84, e-mail:inm@icct.ru рида (отгоняемого из высокопроцентного олеума)
* Автор, с которым следует вести переписку.
при охлаждении к сухому диметилсульфоксиду до концентрации около 5%. Сульфатированные тритерпе-новые кислоты выделяют экстракцией хлороформом или бутанолом из реакционной массы разбавленной холодной водой. Полученные продукты очищают методом колоночной хроматографии.
Известны природные водорастворимые 3-сульфаты тритерпеноидов. Так из листьев Scheffera Octophylla выделены и идентифицированы стереоизомеры сульфатов бетулиновой кислоты и сульфаты метилового эфира бетулиновой кислоты [6].
В настоящей работе с целью расширения ассортимента сульфатированных тритерпеновых производных впервые синтезирован 3-сульфат аллобетулина. Аллобетулин сульфатировали комплексами SO3-диоксан и SO3-димeтилфopмaмид, предварительно полученными при взаимодействии хлорсульфоновой кислоты соответственно с 1,4-диоксаном и ^^диметилформамидом.
Экспериментальная часть
ИК-спектры записаны на Фурье ИК-спектрометре Vector-22 фирмы Bruker в области длин волн 4004000 см-1 в таблетках KBr (3 мг образца / 300 мг KBr). Спектры ЯМР 13C сняты на спектрометре Bruker Avance III 600 МГц, аллобетулина - в дейтерохлороформе, а 3-сульфата аллобетулина - в дейтерометаноле с привязкой к дейтериевому резонансу растворителя. Элементный анализ выполнен на элементном анализаторе Flash EA™ -1112 (Thermo Quest Italia), одновременно определяющем количество (%) углерода, водорода и серы, а также кислорода.
Бетулин, используемый для сульфатирования, был получен по методике, приведенной в работе [7]. Аллобетулин получен известным способом - изомеризацией бетулина в бутаноле в присутствии ортофос-форной кислоты [8]. Растворители 1,4-диоксан, ^^диметилформамид перед использованием были очищены и высушены известным методом [9].
Сульфатирование аллобетулина в Ы,Ы-диметилформамиде. В трехгорлую колбу объемом 100 мл, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, загружают 50 мл ^^диметилформамида и при интенсивном перемешивании и охлаждении при температуре -5-0 °C прибавляют по каплям 1 мл хлорсульфоновой кислоты. После того как вся хлорсульфоновая кислота прибавлена, при перемешивании медленно порциями загружают 4,42 г (0,01 моль) аллобетулина, колбу нагревают на водяной бане до 50 °C и поддерживают эту температуру в течение 4 ч. Затем реакционную массу охлаждают до температуры 10-15 °C и при перемешивании нейтрализуют до pH 7-8, прибавляя 75%-й водно-этанольный раствор, содержащий 4% гидроксида натрия. Выпавшую в осадок неорганическую соль отделяют фильтрованием, фильтрат концентрируют под вакуумом до полного удаления растворителя и получают 3-сульфат аллобетулина в виде натриевой соли. Выход продукта составил 5,1 г (94%). Состав натриевой соли 3-сульфата аллобетулина подтвержден элементным анализом. Найдено, %: S 5,69; 6,01; C30H49O5SNa. Вычислено, %: S 5,88. При использовании 75%-го спиртового раствора, содержащего 4% гидроксида калия, выход калиевой соли 3-сульфата аллобетулина составил 5,2 (92%). Состав калиевой соли 3-сульфата аллобетулина подтвержден элементным анализом. Найдено, %: S 5,99; 5,61; C30H49O5SK. Вычислено, %: S 5,71.
Сульфатирование аллобетулина 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 10-15 °C прибавляют по каплям 1 мл хлорсульфоновой кислоты. После того как вся хлорсульфоновая кислота прибавлена, при перемешивании медленно порциями загружают 4,42 г (0,01 моль) аллобетулина, колбу нагревают на водяной бане до 40 °C и поддерживают эту температуру в течение 5 ч. Затем реакционную массу охлаждают до температуры 10-15 °C и при перемешивании нейтрализуют до pH 7-8, прибавляя 75%-й водно-этанольный раствор, содержащий 4% гидроксида натрия. Выпавшую в осадок неорганическую соль отделяют фильтрованием, фильтрат концентрируют под вакуумом до полного удаления растворителя и получают 3-сульфат аллобетулина в виде натриевой соли. Выход продукта составил 5,2 г (95%). Состав натриевой соли 3-сульфата аллобетулина подтвержден элементным анализом. Найдено, %: S 6,14; 5,72; Cs^gOsSNa. Вычислено, %: S 5,88. При использовании 75%-го спиртового раствора, содержащего 4% гидроксида калия, выход калиевой соли 3-сульфата аллобетулина составил 5,1 г (91%). Состав калиевой соли 3-сульфата аллобетулина подтвержден элементным анализом. Найдено, %: S 5,48; 5,31; C30H49O5SK. Вычислено, %: S 5,71.
Сульфатирование аллобетулина
117
Результаты и обсуждение
Проведенное ранее исследование показало, что комплексы 803-диоксан и 803-диметилформамид хорошо зарекомендовали себя при сульфатировании бетулина [10—11].
Впервые предложено проводить сульфатирование аллобетулина хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане или ^^диметилформаммиде. При взаимодействии хлорсульфоновой кислоты с диоксаном или диметилформамидом образуется соответственно комплекс 803-диоксан или 803-диметилформамид и выделяется HCl [12].
Изомеризация бетулина в аллобетулин проведена в бутаноле в присутствии ортофосфорной кислоты. Сульфатирование аллобетулина осуществлено хлорсульфоновой кислотой в 1,4-диоксане и К,К-диметил-формамиде. 3-Сульфат аллобетулина выделяют в виде натриевой или калиевой соли. Схема реакции приведена нарисунке 1.
Состав натриевой соли 3-сульфата аллобетулина (C30H4905SNa) и калиевой соли аллобетулина (C30H49O5SK) подтвержден элементным анализом, строение ИК и ЯМР 13C спектрами. В ИК спектре 3-сульфата аллобетулина, в отличие от ИК-спектра аллобетулина, присутствуют полосы поглощения в области 830 см-1 (SO) и интенсивная полоса при 1245-1255 см-1 (S02), которые подтверждают наличие сульфатной группы в молекуле 3-сульфата аллобетулина (рис. 2).
Сравнительный анализ ЯМР 13C спектров исходного аллобетулина и 3-сульфата аллобетулина (рис. 3-4) показал, что у аллобетулина химический сдвиг у вторичного атома углерода C3, связанного с гидро-ксильной группой, наблюдается при 78,99 м.д., а после замещения гидроксильной группы на сульфатную, химический сдвиг атома углерода C3 смещается в слабое поле к 86,16 м.д. Полученные результаты согласуются с данными, приведенными в работе [13]. Отсутствие сигнала в ЯМР 13C спектре 3-сульфата аллобетулина атома углерода C3 в области 78,99 м.д. указывает на полное замещение гидроксильной группы на сульфатную группу.
CH2
H3C-
ch3 ch3 ch2oh
H3PO4 бутанол
CH3
HO" „ H3C CH3
1. SO3 - диоксан
2. SO3 - ДМФА
H3C. CH3
CH2
HO „ „ H3C" CH3
раствор NaOH в 75 % C2H5OH
H3C./CH3
-O
CH3 CH3 CH2
CH3
HO3SO _ _ 3 H3C CH3
NaO3SO" _ _ 3 H3^ CH3
Рис. 1. Схема синтеза натриевой соли 3-сульфата аллобетулина
Рис. 3. ЯМР 13C спектр аллобетулина
Рис. 4. ЯМР 13C спектр 3-сульфата аллобетулина
Выводы
Показано, что сульфатирование аллобетулина комплексов БОз-диоксан в 1,4-диоксане или БОз-ди-метилформамид в ^^диметилформамиде при температуре 40-50 °C протекает за 4-5 ч и приводит к образованию 3-сульфата аллобетулина. 3-Сульфат аллобетулина получен в виде натриевой и калиевой соли.
Список литературы
1. 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.
2. Barton D.H.R., Holness N.J. Triterpenoids. Part V. Some Relative Configuration in rings C.D. and E. of the P-Amyrin and the Lupeol Group of Triterpenoids // J. Chem. Soc. 1952. Pp. 78-92.
3. 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.
4. 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.
5. Гришковец В.И. Синтез сульфатов тригерпеноидов с использованием комплекса SO3-димeтилcyльфоксид // Химия природных соединений. 1999. №1. С. 91-93.
6. Kitajima J., Shindo M., Tanaka Y. Two new triterpenoid sulfates from the leaves of schefflera octophylla // Chem. Pharm. Bull. 1990. Vol. 38, N3. Pp. 714-716.
7. Патент 234000624 (РФ). Способ получения бетулина / В.А. Левданский, А.В. Левданский, Б.Н. Кузнецов. 10.12.2008.
8. Патент 2174126 (РФ). Способ получения аллобетулина / АН. Кислицын, АН. Трофимов. 27.09.2001.
9. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М., 1976. 545 с.
10. Патент 2461561 (РФ). Способ получения 3,28-дисульфата бетулина / В.А. Левданский, А.В. Левданский. 20.09.2012.
11. Патент 2468031 (РФ). Способ получения 2,28-дисульфата бетулина / В.А. Левданский, А.В. Левданский, В.А. Соколенко, Б.Н. Кузнецов. 27.11.2012.
12. Джильберт Э.Е. Сульфирование органических соединений. М., 1969. 415 с.
13. Одинокова Л.Э., Ошигок Г.И., Денисенко В.А., Ануфриев В.Ф., Толкач А.М., Уварова Н.И. Гликозилирова-ние бетулина и его ацетатов в присутствии карбоната кадмия // Химия природных соединений. 1984. №2. С. 182-187.
Поступило в редакцию 1 февраля 2013 г.
CY^b®ATHPOBAHHE An^OEETY^HHA
119
Levdansky V.A.12*, Levdansky A.V.1 SULFATION OF ALLOBETULIN BY USING THE SO3-DIOXANE AND SO3-DIMETHYLFORMAMIDE COMPLEXES
institute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS, K. Marx str., 42, Krasnoyarsk 660049 (Russia), e-mail: inm@icct.ru
2Siberian Federal University, pr. Svobodny, 79, Krasnoyarsk, 660041
It was established, that the reaction of sulfation of allobetulin by an chlorosulfonic acid in 1,4-dioxane or N,N-dimethylformamide proceeded at temperature 40-50 °C. It was shown that for full etherification of allobetulin to allobetulin 3-sulfat 4-5 hours were necessary. Allobetilin 3-sulfate have received in the form of natrium or potassium salt. The structure of allobetulin 3-sulfate was confirmed by methods of IR and NMR 13C spectroscopy.
Keywords: betulin, allobetulin, 1,4-dioxane, N,N-dimethylformamide, sulfation, chlorosulfonic acid, SO3-dioxane complex, SO3-dimethylformamide complex, allobetulin 3-sulfate.
References
1. 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.).
2. Barton D.H.R., Holness N.J. J. Chem. Soc., 1952, pp. 78-92.
3. Patent 2243233 (RU). 27.12.2004. (in Russ.).
4. 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. (in Russ.).
5. Grishkovets V.I. Khimiiaprirodnykh soedinenii, 1999, no. 1, pp. 91-93. (in Russ.).
6. Kitajima J., Shindo M., Tanaka Y. Chem. Pharm. Bull, 1990, vol. 38, no. 3, pp. 714-716.
7. Patent 234000624 (RU). 10.12.2008. (in Russ.).
8. Patent 2174126 (RU). 27.09.2001. (in Russ.).
9. Gordon A., Ford R. Sputnikkhimika. [Satellite chemist.]. Moscow, 1976, 545 p. (in Russ.).
10. Patent 2461561 (RU). 20.09.2012. (in Russ.).
11. Patent 2468031 (RU). 27.11.2012. (in Russ.).
12. Dzhil'bert E.E. Sul'firovanie organicheskikh soedinenii. [Sulfonation of organic compounds]. Moscow, 1969, 415 p. (in Russ.).
13. Odinokova L.E., Oshitok G.I., Denisenko V.A., Anufriev V.F., Tolkach A.M., Uvarova N.I. Khimiia prirodnykh soedinenii, 1984, no. 2, pp. 182-187. (in Russ.).
Received April 1, 2013
* Corresponding author.
