Способ получения бетулина

 

Изобретение относится к выделению ценных химических продуктов из отходов деревопереработки, а именно к способу выделения бетулина формулы I из бересты березы. Описывается способ получения бетулина из бересты березы, включающий ее активацию при температуре 180-260^oC, давлении 2-5 МПа в течение 50-300 с, обработку щелочью и экстракцию спиртом, согласно изобретению активацию бересты березы и ее щелочной гидролиз проводят одновременно, причем щелочь берут в количестве 10-20% от веса абсолютно сухой бересты. Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности процесса, а также снижение расхода щелочи на стадии гидролиза. 1 табл.

Изобретение относится к выделению ценных химических продуктов из отходов деревопереработки, а именно к способу выделения бетулина формулы I из бересты березы Бетулин - белый кристаллический порошок, Т.пл.= 261 - 262^oC, практически нерастворим в воде, растворим в спирте. Бетулин нетоксичен, применяется в медицинской, парфюмерно-косметической и химических отраслях промышленности [1].

Известен способ получения бетулина, заключающийся в том, что бересту предварительно измельчают в водной щелочи и экстрагируют изопропиловым спиртом [2].

Измельчение бересты в водном растворе щелочи является сложным в технологическом плане, так как производится механическим путем и поэтому требует больших энергетических затрат. Кроме того, недостатком данного способа является длительность операции извлечения и вследствие этого малая эффективность процесса.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения бетулина из бересты березы, включающий предварительное активирование ее в условиях неизобарного парокрекинга при температуре 180 - 260^oC, давления 2 - 5 МПа в течение 60-360 сек и последующую экстракцию в водно-спиртовой щелочной среде [3].

Данный способ характеризуется недостаточной интенсивностью извлечения бетулина из бересты березы в условиях неизобарного парокрекинга при температуре 180 - 260^oC, давлении 2 - 5 МПа в течение 60 - 360 сек, что обусловлено слабым гидролизом в лигноуглеводном комплексе. В основном в момент резкого сброса давления происходит разрыхление бересты в пыль. Для полного же извлечения бетулина необходима еще одна стадия - исчерпывающий гидролиз лигноуглеводного комплекса измельченной бересты с использованием большого количества щелочи (на 3 г активированной бересты берут 20 г щелочи).

Задачей изобретения является интенсификация процесса извлечения бетулина, упрощение технологии его получения за счет совмещения стадий активации бересты и ее щелочного гидролиза. Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности процесса, а также снижение расхода щелочи на стадии гидролиза.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения бетулина из бересты березы, включающем ее активацию при температуре 180-260^oC, давлении 2-5 МПа в течение 60 - 300 сек, обработку щелочью и экстракцию спиртом, согласно изобретению активацию бересты березы и ее щелочной гидролиз проводят одновременно, причем щелочь берут в количестве 10 - 20% от веса абсолютно сухой бересты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительным от прототипа признаком является проведение активации бересты одновременно с щелочным гидролизом, причем количество щелочи берут в указанных пределах.

Проведение гидролиза бересты совместно с ее активацией в условиях неизобарного парокрекинга, т.е. при температуре 180-260^oC, давлении 2 - 5 МПа в течение 60 - 360 сек, позволяет провести исчерпывающий гидролиз лигноуглеводного комплекса бересты, что способствует повышению интенсивности извлечения бетулина. Кроме того, отпадает необходимость использования большого количества щелочи при гидролизе в условиях неизобарного парокрекинга, т.к. высокая температура и давление способствуют исчерпывающему гидролизу лигноуглеводного комплекса бересты и при малой концентрации щелочи. Благодаря совмещению стадий активации и щелочного гидролиза сокращается продолжительность извлечения бетулина, т.к. отпадает отдельная стадия обработки щелочью.

Процесс осуществляют следующим образом. Технологическую бересту предварительно подвергают активации в условиях неизобарного парокрекинга в присутствии щелочи, взятой в количестве 5 - 20% от веса абсолютно сухой бересты. Неизобарный парокрекинг проводят при давлении 2 - 5 МПа, температуре 180 - 260^oC, времени активации 60 - 300 сек. При этом при проведении неизобарного парокрекинга (активации) в присутствии щелочи происходит очень быстрый гидролиз бересты, а в момент резкого сброса давления остатки негидролизованного материала (бересты) разрыхляются в пыль.

Береста березы после проведения неизобарного парокрекинга в присутствии щелочи представляет собой однородную, сметанообразную массу серого цвета.

Гидролизат бересты (после активации в присутствии щелочи) разбавляют спиртом и кипятят в течение 2 - 5 минут, отделяют спиртовой раствор бетулина фильтрованием и концентрируют. Выпавший при этом в осадок бетулин отделяют фильтрованием.

Пример 1. 100 г бересты влажностью 5% с содержанием бетулина 35% загружают в реактор, нагретый до температуры 240^oC. Затем заливают 30 мл водного раствора, содержащего 20 г NaOH. В течение 2 - 3 сек насыщенным водяным паром давление повышают до 3,4 МПа и выдерживают в течение 240 сек. Далее с помощью шарового крана осуществляют резкий сброс давления, при этом гидролизованный материал выбрасывается в приемную емкость. Гидролизат представляет однородную серую массу. Гидролизат переносят в реактор или колбу с обратным холодильником, заливают 2 л этилового спирта и доводят до кипения. Горячий спиртовой раствор отделяют фильтрованием, отгоняют спирт. Выпавший бетулин отфильтровывают, промывают на фильтре горячей водой, высушивают. Выход 34% от веса абсолютно сухой бересты (степень извлечения 97%).

В таблице (см. в конце описания) приведены выход бетулина, в скобках степень его извлечения в % в зависимости от концентрации NaOH и времени активации в условиях неизобарного парокрекинга при экстракции этиловым спиртом.

Как видно из таблицы, наибольший выход бетулина достигается при концентрации щелочи 10 - 20%. При концентрации щелочи ниже 10% гидролиз бересты проходит незначительно, вследствие чего степень извлечения бетулина и выход его малы. Повышение концентрации щелочи выше 20% также не приводит к существенному увеличению выхода бетулина, кроме того, ухудшается качество за счет протекания побочных процессов деструкции.

Предлагаемый способ позволяет существенно интенсифицировать процесс получения бетулина. Впервые предложено активировать бересту березы в процессе проведения неизобарного парокрекинга в присутствии щелочи, что позволило исключить, как самостоятельную, стадию гидролиза бересты, т.к. одновременно с процессом активации бересты неизобарным парокрекингом в присутствии щелочи происходит и полный ее гидролиз. При этом более чем в 30 раз сокращается количество используемой щелочи, так, в прототипе на 3 г активированной бересты березы берется 20 г NaOH, а по предлагаемому способу на 100 г бересты необходимо от 10 до 20 г NaOH.

Оптимальные условия проведения неизобарного парокрекинга: давление 3,4 МПа, температура 240^oC, количество щелочи 10 - 20% от веса бересты, время активации в зависимости от размера технологической щепы бересты и концентрации и вида щелочи (NaOH или KOH) может варьироваться от 60 до 300 сек.

Литература 1. Jaaskelainen P. Papari ja Puu., 1981, N 10, p.599.

2. Авторское свидетельство СССР N 382675, кл. C 07 J 53/00, 1973.

3. Патент РФ N 2074867, кл. C 08 H 5/04, C 07 J 53/00, 63/00.

Формула изобретения

Способ получения бетулина формулы I из бересты березы, включающий ее активацию при температуре 180 - 260^oC, давлении 2 - 5 МПа в течение 60 - 300 с, обработку щелочью и экстракцию спиртом, отличающийся тем, что активацию бересты березы и ее щелочной гидролиз проводят одновременно, причем щелочь берут в количестве 10 - 20% от веса абсолютно сухой бересты.

РИСУНКИ

Рисунок 1