RU2131882C1

RU2131882C1 - Method of preparing betuline

Info

Publication number: RU2131882C1
Application number: RU98106093/04A
Authority: RU
Inventors: В.А. Левданский; Н.И. Полежаева; А.П. Еськин; В.А. Винк; Б.Н. Кузнецов
Original assignee: Институт химии и химической технологии СО РАН
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-06-20

Abstract

FIELD: chemical industry, more particularly recovery of valuable chemical products from wood processing waste. SUBSTANCE: method of preparing betuline from birch bark comprises activation thereof at temperature of 180-260 C, pressure of 3-5 MPa for 60-300 s, treatment with alkali and extraction with alcohol. Birch bark is activated and its alkaline hydrolysis is carried out simultaneously, alkali being used in amount of 10-20%, based on weight of absolutely dry birch bark. EFFECT: shorter process time, smaller amount of alkali used in hydrolysis stage. 1 ex, 1 tbl

Description

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].The invention relates to the separation of valuable chemical products from wood waste, and in particular to a method for the isolation of betulin of formula I from birch birch

Betulin is a white crystalline powder, mp = 261 - 262 ^o C, practically insoluble in water, soluble in alcohol. Betulin is non-toxic; it is used in the medical, perfumery, cosmetic, and chemical industries [1].

Известен способ получения бетулина, заключающийся в том, что бересту предварительно измельчают в водной щелочи и экстрагируют изопропиловым спиртом [2]. A known method of producing betulin, which consists in the fact that the bark is pre-crushed in aqueous alkali and extracted with isopropyl alcohol [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. Grinding birch bark in an aqueous solution of alkali is technologically difficult, as it is done mechanically and therefore requires large energy costs. In addition, the disadvantage of this method is the duration of the extraction operation and, as a result, the low efficiency of the process.

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].The closest in technological essence and the achieved result is a method for producing betulin from birch birch, including its preliminary activation in conditions of nonisobaric steam cracking at a temperature of 180 - 260 ^o C, a pressure of 2 - 5 MPa for 60-360 sec and subsequent extraction in water-alcohol alkaline environment [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).This method is characterized by insufficient extraction of betulin from birch birch bark under non-isobaric steam cracking at a temperature of 180 - 260 ^o C, a pressure of 2 - 5 MPa for 60 - 360 seconds, which is due to weak hydrolysis in the ligno-carbohydrate complex. Basically, at the time of a sharp pressure release, the birch bark loosens into dust. For the complete extraction of betulin, another stage is needed - exhaustive hydrolysis of the ligno-carbohydrate complex of crushed birch bark using a large amount of alkali (20 g of alkali is taken for 3 g of activated birch bark).

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. The objective of the invention is to intensify the process of extracting betulin, simplifying the technology for its production by combining the stages of activation of birch bark and its alkaline hydrolysis. The technical result of the invention is to reduce the duration of the process, as well as reducing the consumption of alkali at the stage of hydrolysis.

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.The problem is solved in that in the method for producing betulin from birch birch, including its activation at a temperature of 180-260 ^o C, a pressure of 2-5 MPa for 60 to 300 seconds, alkali treatment and extraction with alcohol, according to the invention, the activation of birch birch and its alkaline hydrolysis is carried out simultaneously, and alkali is taken in an amount of 10 - 20% by weight of absolutely dry birch bark.

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. Comparative analysis with the prototype shows that a distinctive feature of the prototype is the activation of birch bark simultaneously with alkaline hydrolysis, and the amount of alkali taken in the specified range.

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.Hydrolysis of birch bark together with its activation under conditions of nonisobaric steam cracking, i.e. at a temperature of 180-260 ^o C, a pressure of 2 - 5 MPa for 60 - 360 seconds, allows you to conduct an exhaustive hydrolysis of the ligno-carbohydrate complex of birch bark, which increases the intensity of betulin extraction. In addition, there is no need to use a large amount of alkali during hydrolysis in non-isobaric steam cracking, because high temperature and pressure contribute to the exhaustive hydrolysis of the ligno-carbohydrate complex of birch bark and at a low concentration of alkali. By combining the stages of activation and alkaline hydrolysis, the duration of betulin extraction is reduced, since there is no separate alkali treatment step.

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.The process is as follows. Technological birch bark is preliminarily subjected to activation under conditions of nonisobaric steam cracking in the presence of alkali taken in an amount of 5 - 20% of the weight of absolutely dry birch bark. Non-isobaric steam cracking is carried out at a pressure of 2 - 5 MPa, a temperature of 180 - 260 ^o C, activation time of 60 - 300 sec. Moreover, during non-isobaric vapor cracking (activation) in the presence of alkali, very fast hydrolysis of birch bark occurs, and at the time of a sharp pressure drop, the remains of non-hydrolyzed material (birch bark) are loosened into dust.

Береста березы после проведения неизобарного парокрекинга в присутствии щелочи представляет собой однородную, сметанообразную массу серого цвета. Birch birch after non-isobaric steam cracking in the presence of alkali is a homogeneous, creamy mass of gray.

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. The birch bark hydrolyzate (after activation in the presence of alkali) is diluted with alcohol and boiled for 2 to 5 minutes, the alcohol solution of betulin is separated by filtration and concentrated. The betulin precipitated is separated by filtration.

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%).Example 1. 100 g of birch bark with a moisture content of 5% with a betulin content of 35% was loaded into a reactor heated to a temperature of 240 ^o C. Then 30 ml of an aqueous solution containing 20 g of NaOH was poured. Within 2 to 3 seconds, saturated water vapor pressure is increased to 3.4 MPa and incubated for 240 seconds. Then, using a ball valve, a sharp pressure relief is carried out, while the hydrolyzed material is thrown into the receiving tank. The hydrolyzate is a homogeneous gray mass. The hydrolyzate is transferred to a reactor or flask under reflux, pour 2 l of ethyl alcohol and bring to a boil. Hot alcohol solution is separated by filtration, distilled off alcohol. Precipitated betulin is filtered off, washed on the filter with hot water, and dried. Yield 34% of the weight of absolutely dry birch bark (97% recovery).

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. The table (see the end of the description) shows the yield of betulin, in parentheses the degree of its extraction in% depending on the concentration of NaOH and activation time under conditions of nonisobaric cracking during extraction with ethyl alcohol.

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. As can be seen from the table, the greatest yield of betulin is achieved with an alkali concentration of 10 - 20%. At an alkali concentration below 10%, the hydrolysis of birch bark does not take place significantly, as a result of which the degree of extraction of betulin and its yield are small. An increase in alkali concentration above 20% also does not lead to a significant increase in betulin yield, in addition, quality deteriorates due to the occurrence of side processes of destruction.

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. The proposed method allows to significantly intensify the process of obtaining betulin. For the first time, it was proposed to activate birch birch bark during non-isobaric steam cracking in the presence of alkali, which made it possible to exclude, as an independent stage, the hydrolysis of birch bark, as Simultaneously with the activation process of birch bark by nonisobaric cracking in the presence of alkali, its complete hydrolysis also occurs. In this case, the amount of alkali used is reduced more than 30 times, so in the prototype 20 g of NaOH is taken per 3 g of activated birch birch, and according to the proposed method, 10 to 20 g of NaOH are required per 100 g of birch bark.

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.Optimum conditions for non-isobaric steam cracking: pressure 3.4 MPa, temperature 240 ^o C, alkali content 10 - 20% of the weight of birch bark, activation time depending on the size of the technological chip of birch bark and concentration and type of alkali (NaOH or KOH) can vary up to 300 sec.

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

2. Авторское свидетельство СССР N 382675, кл. C 07 J 53/00, 1973. 2. USSR author's certificate N 382675, cl. C 07 J 53/00, 1973.

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

Claims

The method of producing betulin of formula I

from birch birch, including its activation at a temperature of 180 - 260 ^o C, pressure 2 - 5 MPa for 60 - 300 s, treatment with alkali and extraction with alcohol, characterized in that the activation of birch birch and its alkaline hydrolysis is carried out simultaneously, and alkali is taken in an amount of 10 - 20% by weight of absolutely dry birch bark.