Способ получения 16(s)-дигидростевиола

Изобретение относится к органической химии, а именно к улучшенному способу получения 16(S)-дигидростевиола формулы (I), который может быть использован для синтеза новых производных энт-каурановых дитерпеноидов.

Способ включает смешивание гликозида (стевиозида) растения Stevia rebaudiana или смеси гликозидов указанного растения (подсластителя) со 100-кратным избытком гидроксиламина в ДМФА, добавление 70-кратного избытка этилацетата при комнатной температуре с последующим нагреванием реакционной смеси при 100°C в течение 3 часов, ее концентрацию, растворение остатка в воде, подкисленной до pH=1-3, кипячение водного раствора в течение двух часов, экстракцию продукта диэтиловым эфиром, сушку, отгонку растворителя и перекристаллизацию целевого продукта из этилацетата. Способ дает высокие выходы и не требует применения катализатора. 1 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения 16(S)-дигидростевиола (13-гидрокси-энт-каурановой кислоты) формулы (I), которое может быть использовано для синтеза новых производных энт-каурановых дитерпеноидов.

Широкий спектр разноплановой биологической активности энт-каурановых дитерпеноидов делает их привлекательной платформой для создания новых лекарственных препаратов или биологически активных добавок (БАД) [Ghisalberti E.L. The biological activity of naturally occurring kaurane diterpenes // Fitoter. - 1997. - V.68. - №4. - P.303-325; Garcia P.A., de Oliveira A.B., Batista R. Occurrence, biological activities and synthesis of kaurane diterpenes and their glycosides // Molecules - 2007. - V.12. - №3. - P.455-483; B.C.Cavalcanti, D.P.Bezerra, H.I.F.Magalhaes, M.O.Moraes, M.A.S.Lima, E.R.Silveira, C.A.G.Camara, V.S.Rao, C.Pessoa, L.V.Costa-Lotufo. Kauren-19-oic acid induces DNA damage followed by apoptosis in human leukemia cells // J. Appl. Toxicol. - 2009. - V.29. - №7. - P.560-568].

Высокое содержание в листьях растения Stevia rebaudiana стевиола (II) в виде агликона гликозидов (таблица) и коммерческая доступность этих гликозидов делает стевиол (II) привлекательной нативной

платформой при поиске новых соединений с выраженной биологической активностью [N.S.Yamamoto, A.M.K.Bracht, E.L.Ischii, F.S.Kemmelmeier, M.Alvarez, A.Bracht. Effect of steviol and its structural analogues on glucose production and oxygen uptake in rat renal tubules // Experientia - 1985. - V.41. - №1. - P.55-57; V.Chatsudthipong, С.Muanprasat. Stevioside and related compounds: therapeutic benefits beyond sweetness // Pharm. Ther. - 2009. - V.121. - №1. - P.41-54; C.Boonkaewwan, С.Toskulkao, M.Vongsakul. Anti-inflammatory and immunomodulatory activities of stevioside and its metabolite steviol on THP-1 cells // J. Agric. Food. Chem. - 2006. - V.54. - №3. - P.785-789].

Однако из-за склонности стевиола к скелетной перегруппировке процесс его получения и дальнейшая химическая трансформация весьма затруднены. Причиной скелетной перегруппировки этого соединения является наличие в структуре гидроксиаллильной системы. Поэтому, чтобы синтезировать на основе стевиола (II) его новые производные с сохранением энт-кауранового скелета необходимо модифицировать гидроксиаллильную систему целиком либо ее составляющие - двойную связь или гидроксильную группу.

Таблица
Стевиол и гликозиды растения Stevia rebaudiana
		R	R'
	Стевиол	Н	Н
	Стевиозид	β-Glc	β-Glc2-β-Glc
	стевиолбиозид	Н	β-Glc2-β-Glc
ребаудиозид А	β-GIc
	ребаудиозид В	Н
	ребаудиозид С	β-Glc
	ребаудиозид D	β-Glc2-β-Glc
	ребаудиозид Е	β-Glc2-β-Glc	β-Glc2-β-Glc
	дулькозид А	β-Glc	β-Glc2-β-Rh
ребаудиозид F	β-Glc

Восстановление двойной связи стевиола (II) приводит к устойчивому к скелетным перегруппировкам соединению - дигидростевиолу. Известно, что дигидростевиол представляет интерес в качестве репеллента от Scbizapbis graminum - серьезного вредителя зимних сортов пшеницы и некоторых других злаков [N.P.D.Nanayakkara, J.A.Klocke, C.M.Compadre, R.A.Hussain, J.M. Pezzuto, A.D.Kinghorn. Characterization and feeding deterrent effects on the aphid, sehirizaphis graminum, of some derivatives of the sweet compounds, stevioside and rebaudioside A. // Journal of Nat. Prod. - 1987. - V.50. - №3. - P.434-441]. Установлено, что это соединение обладает также способностью усиливать морозоустойчивость озимой пшеницы [О.А.Тимофеева, Ю.Ю.Невмержицкая, И.Г.Мифтахова и др. Производные дитерпеноида стевиола регулируют рост и повышают морозоустойчивость озимой пшеницы // ДАН. - 2010. - Т.435. - №2. - С.282-285]. Кроме того, дигидростевиол, в отличие от стевиола, не проявляет мутагенной активности [J.M.Pezzuto, C.M.Compade, S.M.Swanson, N.P.D.Nanayakkara, D.A.Kinghorn. Metabolically activated steviol, the aglykone of stevioside, is mytagenic // Proc. Natl Acad. Sci. USA. - 1985. - V.82. - №8. - P.2478-2482].

Известно несколько способов получения дигидростевиола. Предложен ряд способов получения этого соединения, основанный на каталитическом гидрировании двойной связи стевиола (II) газообразным водородом [Pezzuto J.M., Compade C.M., Swanson S.M., Nanayakkara N.P.D., Kinghom D.A. Metabolically activated steviol, the aglykone of stevioside, is mytagenic // Proc. Natl Acad. Sci USA. - 1985. - V.82. - №8. - P.2478-2482; Mosettig E., Beglinger U., Dolder F., Lichti H., Quitt P., Waters J.A. The absolute configuration of steviol and isosteviol // J. Am. Chem. Soc. - 1963. - V.85. - №15. - P.2305-2309.]. Недостатками этих способов являются использование дорогих платиновых или палладиевых катализаторов (Pt/C или Pd/C), невысокие выходы целевого продукта, необходимость использования в качестве исходного соединения труднодоступного стевиола (II), а также нестереоселективность процесса восстановления - при этом образуется смесь трудноразделимых эпимеров: 16(S)-дигидpocтeвиoл (I) и 16(R)-дигидростевиол (III).

Известен способ получения 16(S)-дигидростевиола (I), основанный на восстановлении двойной связи стевиола (II) (или смеси стевиола и его 15-ен изомера) гидразингидратом на никеле Ренея [Р.Н.Хайбуллин, И.Ю.Стробыкина, В.Е.Катаев и др. Новый метод получения дитерпеноида 16(S)-дигидростевиола // ЖОХ. - 2009. - Т.79. - Вып.5. - С.795-799]. К существенным недостаткам данного способа можно отнести:

- необходимость использования труднодоступных стевиола или смеси стевиола и его 15-ен изомера;

- использование в больших количествах канцерогенного гидразингидрата, а также использование катализатора - никеля Ренея;

- невысокий выход целевого продукта.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке нового более простого и эффективного способа получения 16(S)-дигидростевиола (I), расширяющего ассортимент имеющихся способов.

Технический результат изобретения - возможность получения 16(S)-дигидростевиола (I) с выходом не менее 90% из гликозида (стевиозида) растения Stevia rebaudiana или смеси гликозидов (подсластителя) указанного растения восстановлением двойной связи гликозидов с последующим кислотным гидролизом.

Технический результат достигается заявляемым способом, включающим смешивание гликозида (стевиозида) растения Stevia rebaudiana или смеси гликозидов указанного растения (подсластителя) со 100-кратным избытком гидроксиламина в ДМФА, добавление 70-кратного избытка этилацетата при комнатной температуре с последующим нагреванием реакционной смеси при 100°C в течение 3 часов, ее концентрацию, растворение остатка в воде, подкисленной до pH=1-3, кипячение водного раствора в течение двух часов, экстракцию продукта диэтиловым эфиром, сушку, отгонку растворителя и перекристаллизацию целевого продукта из этилацетата.

В качестве исходных соединений для получения целевого продукта использованы гликозид стевиозид формулы (IV) и подсластитель SWETA (СВИТА), производимые фирмой Stevian Biotechnology Corp. (Малайзия). Натуральный подсластитель SWETA (СВИТА), представляющий собой смесь гликозидов растения Stevia rebaudian, разрешен НИИ Питания РАМН РФ к применению в пищевой промышленности.

Следует отметить, что гидроксиламин и этилацетат берут в большом избытке по отношению к стевиозиду (или подсластителю), так как в противном случае восстановление протекает не полностью.

Количественные соотношения реагентов в примерах конкретного осуществления изобретения являются оптимальными, так как меньшие количества гидроксиламина и этилацетата приводят к снижению выхода целевого продукта, а их еще больший избыток не влияет на результат, т.е. экономически нецелесообразен.

Пример 1.

К раствору 36.3 г (1.1 моль) гидроксиламина в ДМФА добавляют 10 г (0.011 моль) стевиозида (IV). К реакционной смеси при перемешивании в течение 2 ч прикапывают этилацетат (70.5 г, 0.8 моль). Реакционную смесь перемешивают еще 3 часа при температуре 100°C и концентрируют, например в вакууме водоструйного насоса. Остаток растворяют в большом количестве воды, подкисленной (например, соляной кислотой) до pH 1-3 и кипятят в течение 2 часов. Продукт экстрагируют диэтиловым эфиром. Экстракт сушат над MgSO₄. После отгонки растворителя и перекристаллизации из этилацетата получают 16(S)-дигидростевиол (I) в виде белого кристаллического порошка. Выход 3.3 г (94%).

[α]²⁰ _D - 40° (c 0.38, CHCl₃), т.пл. 190°C. ИК спектр, ν, см^-1: 1693 (CO-OH), 1025 (C-OH). Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д. (J, Гц): 0.79-2.15 м (30Н, скелет энт-каурана), 0.93 с (3Н, C²⁰H₃), 0.97 д (3H, J 7.0, C¹⁷H₃), 1.22 с (3Н, C¹⁸H₃). Масс-спектр, m/z (I_отн., %): 320 (35) [М]⁺, 302 (9) [M-H₂O]⁺, 277 (99), 123 (100).

Физико-химические характеристики дигидростевиола, полученного заявляемым способом, совпадают с лит. данными [Р.Н.Хайбуллин, И.Ю.Стробыкина, В.Е.Катаев др. Новый метод получения дитерпеноида 16(S)-дигидростевиола // ЖОХ. - 2009. - Т.79. - Вып.5. - С.795-799].

Пример 2.

В условиях примера 1 используют 10 г (0.011 моль) подсластителя SWETA (СВИТА) и получают 3.2 г 16(S)-дигидростевиол (I) в виде белого кристаллического порошка. Выход целевого продукта 91%.

[α]²⁰ _D - 40° (с 0.38, CHCl₃), т.пл. 190°C. ИК спектр, ν, см^-1: 1693 (CO-OH), 1025 (C-OH). Спектр ЯМР ¹Н (CDCl₃), δ, м.д. (J, Гц): 0.79-2.15 м (30Н, скелет энт-каурана), 0.93 с (3Н, С²⁰H₃), 0.97 д (3Н, J 7.0, C¹⁷H₃), 1.22 с (3Н, C¹⁸H₃). Масс-спектр, m/z (I_отн., %): 320 (35) [M]⁺, 302 (9) [M-H₂O]⁺, 277 (99), 123 (100).

Заявляемый способ получения 16(S)-дигидростевиола (I) имеет ряд преимуществ по сравнению с известными способами:

- в качестве восстанавливаемого соединения используют не стевиол, а доступные и существенно более дешевые гликозиды растения Stevia rebaudiana или смесь гликозидов этого растения (подсластитель), причем возможно использование любых гликозидов Stevia rebaudiana, а также подсластителей, содержащих кроме гликозидов и различные сахара, так как при реализации заявляемого способа эти примеси не экстрагируются из воды диэтиловым эфиром.

- способ осуществляют без применения каких-либо катализаторов;

- процесс восстановления двойной связи протекает стереоселективно с высоким выходом, обеспечивая получение лишь одного эпимера - 16(S)-дигидростевиола.

Способ получения 16(S)-дигидростевиола формулы (I)

включающий смешивание гликозида (стевиозида) растения Stevia rebaudiana или смеси гликозидов указанного растения (подсластителя) со 100-кратным избытком гидроксиламина в ДМФА, добавление 70-кратного избытка этилацетата при комнатной температуре с последующим нагреванием реакционной смеси при 100°C в течение 3 ч, ее концентрацию, растворение остатка в воде, подкисленной до pH 1-3, кипячение водного раствора в течение 2 ч, экстракцию продукта диэтиловым эфиром, сушку, отгонку растворителя и перекристаллизацию целевого продукта из этилацетата.