DE10204278C1

DE10204278C1 - Verfahren zur Gewinnung von Betulin

Info

Publication number: DE10204278C1
Application number: DE2002104278
Authority: DE
Inventors: Carsten Bender; Markus Sauter
Original assignee: Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG; Boehringer Ingelheim Pharmaceuticals Inc
Current assignee: Boehringer Ingelheim Pharma GmbH and Co KG; Boehringer Ingelheim Pharmaceuticals Inc
Priority date: 2002-02-02
Filing date: 2002-02-02
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2022-02-03
Also published as: WO2003066658A2; WO2003066658A3; AU2003206799A8; AU2003206799A1

Abstract

Die Erfindung betirfft ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von reinem, kristallinen Betulin, welches im wesentlichen frei von Betulinsäure ist, aus einem Extrakt von Birkenrinde.

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung von reinem, kristallinen Betulin, welches im wesentlichen frei von Betulinsäure ist, aus einem Extrakt von Birkenenrinde.

Hintergrund der Erfindung

Betulin ist 3β,28-Dihydroxy-lup-20(29)-en der Formel

Es ist bekannt, dass Betulin als Anti-Agingmittel in Hautcremes eingesetzt wird. Demzufolge besteht ein großer Bedarf an Betulin.

Das russische Patent RU 2138508 schlägt vor, einen Birkenrindenextrakt mit konzentrierter Natronlauge zu behandeln und die dabei gebildeten, in fester Form anfallenden Natriumsalze von Fettsäuren und Triterpensäuren abzutrennen.

Dieses Verfahren ist jedoch für eine industrielle Gewinnung von großen Mengen an Betulin nicht geeignet, da das Abtrennen dieser Salze zum Beispiel durch Dekantieren oder Abschleudern sehr zeitaufwendig ist und zu verringerten Raum-Zeit-Ausbeuten führt.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, Betulin in hoher Reinheit mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten herzustellen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass hochreines, kristallines Betulin aus einem Extrakt von Birkenrinde erhalten werden kann, wenn man diesen Extrakt mit einer verdünnten wässrigen Base extrahiert und die wässrige Phase abtrennt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Gewinnung von hochreinem, kristallinem Betulin durch Extraktion von Birkenrinde mit einem hochsiedenden, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, wobei man den erhaltenen Extrakt oder dessen Rückstand gelöst in einem weiteren mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel mit einer verdünnten wässrigen Base extrahiert und die wässrige Phase abtrennt.

Der Begriff "Betulin" wie er vor- und nachstehend verwendet wird, umfasst sowohl Betulin als solches sowie dessen Hydrate und Solvate, vorzugsweise Betulin, welches mit 0,2 bis 1,0, insbesondere 0,5 Equivalenten eines Alkohols, insbesondere einem Equivalent Ethanol solvatisiert ist.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Betulin ist im wesentlichen frei von Betulinsäure, es enthält in der Regel keine Betulinsäure oder Betulinsäure in einer Menge, die durch herkömmliche Analysenmethoden wie zum Beispiel HPLC nicht mehr nachweisbar ist.

Vorzugsweise enthält das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Betulin weniger als 1 Gew-%, vorzugsweise weniger als 0,1 Gew-%, insbesondere weniger als 10 ppm Betulinsäure.

Als hochsiedende, mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel, eignen sich in der Regel aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Siedepunkt oberhalb von 65°C, insbesondere oberhalb von 80°C oder Gemische derselben, vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe mit 6 bis 9 Kohlenstoffatomen, insbesondere Toluol oder Xylol.

Als verdünnte wässrige Basen eignen sich in der Regel anorganische Basen, die in der Lage sind, eine organische Carbonsäure in das entsprechende Carboxylat zu überführen, vorzugsweise Alkali- oder Erdalkalihydroxide, wie zum Beispiel Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid oder Alkali- oder Erdalkalicarbonate, wie zum Beispiel Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat, insbesondere Natriumhydroxid oder Kaliumcarbonat, ganz besonders bevorzugt ist Kaliumcarbonat.

Die Verdünnung dieser Basen wird in der Regel so gewählt, dass die gebildeten Salze der Fettsäuren und Triterpensäuren vollständig in der wässrigen Phase gelöst werden. Besonders bevorzugt sind wässrige Lösungen enthaltend 1 bis 10 Gew-%, insbesondere 2 bis 8 Gew-% einer anorganischen Base.

Als weitere mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel, eignen sich in der Regel aromatische Kohlenwasserstoffe wie zum Beispiel Toluol oder Xylol, oder aliphatische oder cycloaliphatische Ether, vorzugsweise aliphatische Ether wie zum Beispiel Methyl-tert- butylether (MTB) oder Diisopropylether.

Als Alkohole zur Umkristallisation des rohen Betulins eignen sich in der Regel aliphatische Alkohole mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere Methanol, Ethanol oder Isopropanol oder Gemische davon, ganz besonders bevorzugt Ethanol.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind:

A) Verfahren, wobei man nacheinander folgende Schritte durchführt:
- a) Erhitzen der zerkleinerten Birkenrinde in einem hochsiedenden, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel;
- b) Filtration des Extraktes;
- c) gegebenenfalls Einengen des so erhaltenen Extraktes, Fällen mit einem unpolaren Lösungsmittel und Lösen des Rückstandes in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel;
- d) Extraktion der in Schritt (ii) oder (iii) erhaltenen Lösung mit einer verdünnten wässrigen Base;
- e) Entfernen der wässrigen Phase und Einengen der organischen Phase;
- f) gegebenenfalls Fällen mit einem unpolaren Lösungsmittel;
- g) Erhitzen, Klären und Kristallisation in einem Alkohol; und
- h) Abtrennen des Betulins aus der alkoholischen Phase.

Als unpolare Lösungsmittel zur Fällung des Betulins in Schritt (iii) oder (vi) eignen sich in der Regel aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe oder Gemische derselben, wie zum Beispiel n-Pentan, n-Hexan, Petrolether mit einem Siedebereich von 50 bis 100°C, Cyclohexan oder Methylcyclohexan.

Weiterhin bevorzugt sind:

A) Verfahren, wobei man die gemahlene Birkenrinde ein- oder dreimal jeweils mit einer 1,5 bis 3fachen Menge Toluol für 0,5 bis 10,0 Stunden erhitzt und den erhaltenen Extrakt bei erhöhter Temperatur filtriert.
B) Verfahren, wobei man den Extrakt aus Schritt (ii) oder (iii) in ein- bis fünfmal mit einer 1 bis 10%-igen, vorzugsweise etwa 5%-igen wässrigen Natrium- oder Kaliumcarbonatlösung oder einer 0,1 bis 1,0 N, vorzugsweise etwa 0,5 N wässrigen Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung extrahiert.
C) Verfahren, wobei man in Schritt (iii) den Extrakt unter vermindertem Druck einengt, den Rückstand mit Petrolether wäscht und trocknet, und die verbleibenden Kristalle in Toluol oder einem Ether, vorzugsweise MTB löst.
D) Verfahren, wobei man in Schritt (iii) den Rückstand in einer 10 bis 100fachen Menge eines Ethers, insbesondere MTB löst.
E) Verfahren, wobei man in Schritt (vii) die alkoholische Phase gegebenenfalls in Gegenwart von Aktivkohle auf Temperaturen von 50 bis 120°C, insbesondere 60 bis 95°C erwärmt und heiß filtriert.
F) Verfahren, wobei in Schritt (viii) das Betulin beim Abkühlen der alkoholischen Phase auskristallisiert.

Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die nachfolgenden Schritte (i) bis (viii):

1. (i)/(ii) Die grob zerkleinerte Birkenrinde wird in der 2 bis 5fachen, vorzugsweise 3 bis 4fachen Menge an Toluol suspendiert und 1 bis 10 Stunden, insbesondere etwa 4 Stunden, vorzugsweise bei 80°C erhitzt. Nach Filtration der Pflanzenreste wird nochmals mit der 2 bis 5fachen, vorzugsweise 3 bis 4fachen Menge an Toluol 1 bis 5 Stunden, insbesondere etwa 2 Stunden, vorzugsweise zum Sieden erhitzt und erneut filtriert.
2. Die vereinigten Extrakte werden gegebenenfalls im Vakuum bei 40 bis 70°C eingedampft. Der konzentrierte Extrakt wird mit Petrolether oder Methylcyclohexan, vorzugsweise Petrolether (60-95°C) aufgenommen, der entstehende Niederschlag abgesaugt und mit Petrolether oder Methylcyclohexan gewaschen. Der Rückstand wird vorzugsweise im Vakuum bei 40 bis 70°C, insbesondere bei etwa 50°C getrocknet. Man erhält so rohes Betulin (etwa 2,0 bis 4,0% berechnet auf Birkenrinde). Dieses wird in der 10 bis 100fachen, insbesondere 20 bis 50fachen Menge an MTB oder in der 100 bis 300fachen, insbesondere 150 bis 250fachen Menge an Toluol gelöst.
3. Der erhaltene Toluolextrakt aus (ii) bzw. die MTB oder Toluol Lösung aus (iii) wird ein- bis dreimal mit einer 2 bis 10%-igen Kaliumcarbonatlösung oder einer 0,2 bis 0,8 normaler Natriumhydroxidlösung extrahiert.
4. Die wässrige Phase wird entfernt und die organische Phase im Vakuum eingeengt.
5. Das erhaltene Roh-Betulin kann gegebenenfalls durch Zusatz von Petrolether oder Methylcyclohexan gefällt werden.
6. Das nach (v) oder (vi) erhaltene Betulin wird in Gegenwart von Aktivkohle in der 10 bis 50fachen Menge an Ethanol zum Rückfluss erhitzt und heiß abfiltriert. Beim Abkühlen der Mutterlauge beginnt die Kristallisation des reinen Betulins.
7. Man kühlt auf ca. 5°C ab, und nutscht die erhaltenen Kristalle ab. Nach Trocknen im Vakuumschrank bei etwa 90°C erhält man hochreines, kristallines Betulin, welches mit 0,5 mol Ethanol im solvatisiert ist als weisse Kristalle mit einem Schmelzpunkt von 257-259°C.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es sehr reines Betulin mit einem Gehalt von Betulinsäure, der weit unter 1% liegt, herzustellen. Das Verfahren ist sehr gut großtechnisch durchführbar, da es mit preiswerten Reagentien und ohne Zeitaufwendige Trennungsschritte durchgeführt werden kann, und ergibt gute bis sehr gute Ausbeuten.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der Illustration des exemplarisch durchgeführten Verfahrens zur Gewinnung des Betulins. Sie sind lediglich als mögliche, exemplarisch dargestellte Vorgehensweisen zu verstehen, ohne die Erfindung auf ihren Inhalt zu beschränken.

Beispiel 1

750 g grob zerkleinerte Birkenrinde werden 4 Stunden bei 80°C mit 2,5 l Toluol ausgekocht. Nach Filtration der Pflanzenreste wird nochmals mit 2,0 l Toluol ausgekocht und abfiltriert. Die vereinigten Mutterlaugen werden dreimal mit je einem Liter einer 5%-igen wässrigen Kaliumcarbonatlösung gewaschen. Nach Phasentrennung wird die organische Phase unter reduziertem Druck eingeengt. Man erhält 30,0 g (4% bezogen auf Birkenrinde) Betulin-Roh als fast weiße Kristalle. Betulinsäure ist im DC (gegen Vergleich) nicht mehr nachweisbar.

Beispiel 2

2,5 kg grob zerkleinerte Birkenrinde werden in 4,5 l Toluol bei 70°C 2 Stunden ausgerührt. Das Toluol wird dekantiert und die Rinde nochmals mit 4,0 l Toluol bei 70°C 2 Stunden extrahiert und anschließend abfiltriert. Die vereinigten Filtrate werden im Vakuum bei 50°C fast bis zur Trockne eingeengt und mit 500 ml Petrolether (60-95°C) versetzt und 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Der resultierende Kristallbrei wird abgesaugt und die Kristalle mit 500 ml Petrolether (60-95°C) nachgewaschen und im Vakuumtrockenschrank bei 50°C getrocknet. Man erhält 45 g (2,8% Ausbeute bezogen auf Birkenrinde) Betulin-Roh mit einem HPLC-Gehalt von 70,2% und einem Betulinsäuregehalt von 6,1%.

Beispiel 3

39 g Betulin aus Beispiel 2 werden in 8000 ml Toluol gelöst einmal mit 0,5 normaler Natronlauge extrahiert und mit 2000 ml Wasser gewaschen. Die organische Phase wird abgetrennt und im Vakuum eingeengt. Der Rückstand (29 g) wird aus 700 ml Ethanol umkristallisiert (Filtration mit Druckfilter). Man erhält nach Trocknen bei 50°C über Nacht 14,6 g Betulin in 37% Ausbeute mit einem Gehalt von 89,9%. Betulinsäure ist in der HPLC nicht mehr nachweisbar. ¹H-NMR: Kristall enthält ca. 0,5 Mol-% Ethanol.

Die Mutterlauge ergibt durch destillative Aufarbeitung nochmals 3,7 g Betulin (NMR: leicht verunreinigt).

Umkristallisation von Betulin-Roh

50 g Betulin-Roh (hergestellt entsprechend Beispiel 3) und 15 g Aktivkohle werden in 1,00 l Ethanol zum Rückfluss erhitzt und heiß abfiltriert. Beim Abkühlen der Mutterlauge beginnt die Kristallisation des Betulins. Man kühlt auf etwa 5°C ab, und nutscht die erhaltenen Kristalle ab. Nach Trocknen im Vakuumschrank bei etwa 90°C erhält man 27,9 g (56% Ausbeute) reines Betulin als weiße Kristalle, mit einem Schmelzpunkt von 257-259°C, einem Drehwert [α]_D von +19,4 (c = 2 in Pyridin), und einem Gehalt von 95,8% (HPLC gegen externen Standard).

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von hochreinem, kristallinem Betulin durch Extraktion von Birkenrinde mit einem hochsiedenden, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man den erhaltenen Extrakt oder dessen Rückstand gelöst in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel mit einer verdünnten wässrigen Base extrahiert und die wässrige Phase abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nacheinander folgende Schritte durchführt:

a) Erhitzen der grob zerkleinerten Birkenrinde in einem hochsiedenden, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel;
b) Filtration des Extraktes;
c) gegebenenfalls Einengen des so erhaltenen Extraktes und Aufnehmen des Rückstandes in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel;
d) Extraktion der so erhaltenen Lösung mit einer verdünnten wässrigen Base;
e) Entfernen der wässrigen Phase und Einengen der organischen Phase;
f) gegebenenfalls Fällen mit einem unpolaren Lösungsmittel;
g) Erhitzen, Klären und Kristallisation in einem Alkohol; und
h) Abtrennen des Betulins aus der alkoholischen Phase.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die grob zerkleinerte Birkenrinde ein- oder dreimal jeweils mit einer 1,5 bis 3fachen Menge Toluol für 0,5 bis 10,0 Stunden erhitzt und den erhaltenen Extrakt bei erhöhter Temperatur filtriert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Extrakt aus Schritt (ii) oder (iii) in ein- bis fünfmal mit einer 1 bis 10%-igen wässrigen Natrium- oder Kaliumcarbonatlösung oder einer 0,1 bis 1,0 N wässrigen Natrium- oder Kaliumhydroxidlösung extrahiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (iii) den Extrakt unter vermindertem Druck einengt, den Rückstand mit Petrolether aufnimmt, wäscht und trocknet, und die verbleibenden Kristalle in Toluol oder einem Ether löst.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (iii) den Rückstand in der 10 bis 100fachen Menge eines Ethers löst.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man in Schritt (vii) die alkoholische Phase gegebenenfalls in Gegenwart von Aktivkohle auf Temperaturen von 50 bis 120°C erwärmt und heiß filtriert.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (viii) das Betulin beim Abkühlen der alkoholischen Phase auskristallisiert.